functii ecosis

8/3/2019 functii ecosis

1/19

66.. FFUUNNCCIIIILLEE EECCOOSSIISSTTEEMMUULLUUII

6.1 Productivitatea biologic6.2 Circulaia substanei6.3 Echilibrul ecologic

- entropizare - autoreglare- producie biologic - diversitate- eficien ecologic - rata productivitii

- coeficient de descompunere - emergie- stabilitate - idiosincrasie

Obiective

nsuirea exprimrii energetice a biomasei ca modalitate de cercetare aecosistemelor din punct de vedere al productivitii

Evidenierea caracteristicilor energetice n ecosistem prin aplicareaprincipiilor termodinamicii i nsuirea modalitilor de determinare avalorii energetice pentru diferite tipuri de biomase

Evidenierea componentelor eficienei ecologice i a variaiei acestora pentrudiferite elemente ale ecosistemelor

Particularizarea circulaiei elementelor biogene n ecosistemele terestre iacvatice

nelegerea determinismului care concur la meninerea stabilitii, aechilibrului ecologic, pentru a se crea reperele necesare n raportarea efectelorantropice


2/19

Ecologie general

6.1 Productivitatea biologic

6.1.1 Valoarea energetic a biomasei

Din punct de vedere energetic, ecosistemele respect strictlegile termodinamicii. Astfel, conform principiului nti (legeaconservrii), energia total a sistemului este meninut constant.Energia care traverseaz ecosistemul poate fi convertit ntr-oform sau alta (de exemplu, din energie radiant solar n energiechimic), dar ea nu poate fi niciodat distrus sau creat.

Termodi-namicasistemelorvii

Organismele i desfoar viaa utiliznd energia liber(radiant , chimic) pe care o convertesc n diferite forme de lucrumecanic i energie chimic. Cu toate acestea, energia unui niveltrofic, indiferent de tipul i numrul speciilor din ecosistem, nureprezint mai mult de 10% din cantitatea de energie nglobat denivelul inferior. Diferena rezultat se regsete la nivelulecosistemului, dar ntr-o form nedisponibil energie legat rezultnd din acumularea energiei calorice eliberate n cazuloricrei transformri energetice.

n fiecare transformare o fraciune din energia liber estedegradat sub form de cldur , adic , conform principiului aldoilea al termodinamicii (legea entropiei), are loc producere deentropie (fig. 6-1).

Entropizare

Consumatori

Descompuntori

Productori

CO2atmosferic

Radiaia solar

Material carbonicde deeu

- flux de energie liber- flux de carbon

Fig. 6-1 Fluxurile de energie liberi de carbon ntr-un ecosistem(dup Mrgineanu, 1982)


3/19

Funciile ecosistemului

Forma primar de energie liber, pentru toat biosfera, esteradiaia electromagnetic din spectrul vizibil al luminii solare.

Organismele foto-lito-trofe (fotosintetizante) pot convertienergia electromagnetic n energie chimic , stocat n compuii

organici, iar aceasta este unica form sub care circul energia liber ntre diferitele specii care alctuiesc un sistem ecologic. Fluxul deenergie liber antreneaz i face posibile fluxurile ciclice aleoxigenului, carbonului, azotului etc.

Compuiiorganici rezervoarede energiechimic

Deoarece un ecosistem const din ansamblul organismelor(biocenoza) mpreun cu mediul lor natural, ecosistemul includerezervorul de dioxid de carbon atmosferic, ct i materialulcarbonic mort i de deeu, ceea ce face ca acest element s aib ocirculaie ciclic interconectat cu transferul, fluxul energetic.

Vehicularea se face de la productorii primari laconsumatori i apoi la descompuntori prin substanele organice,carbon i energie liber. Stocul de substan vie existent la unmoment dat n biocenoze se poate exprima prin greutatea totalsau energia biochimic total, raportat la unitatea de suprafa.1

Biomasareprezint cantitatea de substan organic prezent la un moment datn ecosistem. Aceasta se compune din masa tuturor organismelor vii (standingcrop), la care se adaug necromasa, respectiv resturile moarte ale organismelor,nc nemineralizate. Biomasa se realizeaz n cadrul unui proces complex de

producie biologic.Rezultatul funciei energetice i al funciei de circulaie a

materiei este producia, respectiv productivitatea biologic aecosistemelor. Universalitatea biologic de reacii care concentreazenergia, mpreun cu universalitatea macromolecular atuturor organismelor face ca diferitele lanuri trofice dintr-unecosistem s fie interconectate ntr-o reea trofic prin carecirculenergie chimic.

Funciaenergetic

Exprimareenergetic

n limbajul comun, circulaia energiei chimice nseamn

consumarea (prdarea, parazitarea) unor indivizi dintr-o specie, dectre ali indivizi din specii diferite.

n procesul produciei biologice, la plante i animale senregistreaz intrri i ieiri de substane diferite. Astfel, sporul debiomas de un kilogram la o plant verde nu este echivalent cu ocantitate similar la mamifere. Ambele biomase includ i substaneorganice, bogate energetic i substane anorganice, srace sub acestraport. Dar proporiile ntre cele dou categorii, ca i ntresubstanele organice fundamentale, sunt diferite. Din aceast cauz

1 Stugren, B., Bazele ecologiei generale, Bucureti, Editura Didactici Pedagogic, 1989, p. 135


4/19

Ecologie general

s-a convenit a se utiliza, cu prioritate, exprimarea energetic a biomaselor realizate prin producie pentru a se putea comparadiferitele populaii din acest punct de vedere.2

Faptul c prin reaciile metabolice oxidative este mobilizat

energia chimic din alimente permite ca valoarea energetic aacestora s fie determinat prin msurtori calorimetrice, care dauvariaia de entropie (H) produs prin combustia izobara biomaseirespective. Variaia de entropie depinde de proporiile de proteine,lipide, glucide, existente n biomasa respectiv. Notnd cu fprot, flip,fgl fraciunile din aceste substane n unitatea de biomas uscat,variaia de entropie prin combustia biomasei este:3

H =fprot(Hprot) +flip(Hlip) +fgl(Hgl)n relaia de mai sus, Hprot, Hlip, Hgl reprezint cldura

de combustie izobar a cte un gram de proteine, lipide, respectivglucide, luate n stare deshidratat. Suma fraciunilor celor treicomponente este 100%, astfel c: fprot + flip + fgl = 1, unul dincoeficieni putnd fi eliminat din formula variaiei de entropie,care devine:

H =fprot(Hprot) +flip(Hlip) + (1 fprot flip)(Hgl)Mediindu-se valorile obinute pentru proteine, lipide i

glucide provenite din diferite tipuri de biomas, att vegetal , ct

i animal , se consider , n mod estimativ: Hprot = 23.1 kj/g;Hl ip = 39.1 kj/g; Hgl = 17.2 kj/gIntroducnd aceste valori n relaia precedent , rezult o

formul simpl cu ajutorul creia se poate calcula valoareaenergetic a unei biomase oarecare, pe baza cunoateriicompoziiei ei. Formula menionat mai sus are meritul de a relevadiferenele energetice ntre biomasa vegetal i biomasa animal,adic schimbarea produs prin trecerea biomasei productorilorprimari n biomasa consumatorilor.

Reprezentnd pe dou axe fraciunile de lipide i proteine(fig.6-2), liniile energetice paralele explic compoziia pentrucare valoarea energetic a biomasei este aceeai. Toatepunctele de pe dreapta care unete fli p = 1, fprot = 1, corespundabsenei complete a glucidelor.

n aceeai figur se observ faptul c domeniul n care sesitueaz plantele este net diferit de domeniul corespunztoranimalelor, ceea ce ilustreaz superioritatea energetic a biomasei

Varia ia deentropie

princombustieizobar

Varia ia deentropie:

Proteine 23.1 kj/gLipide

39.1 kj/gGlucide 17.2 kj/g

i

Valoareaenergeticabiomasecrete sprevrful

piramideitrofice

2 Tufescu, V., Tufescu, M., Ecologia i activitatea uman, Bucureti, Editura Albatros, 1981, p. 1523 Mrgineanu, D.G., Energetica lumii vii, Edimex Sperana, 1992, p. 133


5/19


animale. Pe de alt parte, valorile energiei degajate la combustia biomasei reprezint variaia de entropie la degradarea acesteiapn la molecule anorganice, ceea ce face ca ele s exprime niveleleridicate ale energiei libere, nivele la care se situeaz materia

organic din care au provenit.

Fig. 6-2 Dependena

valorii energetice de

compoziia biomasei n

lipide, proteine

i glucide

fg l = 0

34.5 kj/g

19,0 kj/g

flip

fpro t 0.1 0.5 1.

0.1

0.5

1.0

0

Energia care rezult n organismul prdtor, prin utilizarea biomasei przii, servete, n mare parte, pentru ntreinerea irennoirea organismului (metabolismul bazal), ca i pentrudiferitele activiti (de exemplu, locomoie), aa nct numai oparte relativ mic este stocat n propria biomas a prdtorului.Deoarece un prdtor poate fi consumat, la rndul su, de ctre unprdtor de ordin superior, este clar faptul c, n msura avansrii ntr-un lan trofic, disponibilitile energetice devin din ce n cemai mici.

- metabol smbazal

i

-procurareahranei

- construireaadpostului

6.1.2 Categorii de productivitate

Producia de biomas reprezint una din cele mai grandioase

transformri din natur. Volumul energiei implicate n acest proces,dar i al substanelor antrenate n circulaie biogeochimic depesccu mult fluxurile intermediate prin activitatea economic.

n sens ecologic, produc ia biologic este sporul de biomas realizat de un sistembiologic (individ, populaie sau biocenoz) ntr-un anumit interval de timp.

Plantele autotrofe realizeazproducia biologicprimar , iarconsumatorii oproducie biologicsecundar.

Productor- producie

primar

iNoiunea de producie biologic s-a folosit iniial n

agriculturi piscicultur, semnificaia fiind diferit de nelesul pe

care l reprezint n studiul ecologic.


6/19

Ecologie general

Astfel, n agricultur , se folosesc sintagmele deproducieprincipal (de exemplu, producia de boabe, la gru) i produciesecundar (paiele de gru). La porumb, producia principal esteconstituit din boabele de porumb, iar producia secundar

cocenii de porumb. n piscicultur , prin producie biologic senelege numai cantitatea pescuit pe un anumit teritoriu.

Consuma-tori -

produc ie

secundar

Cuantumul de cretere a stocului de biomas la unitatea de suprafa n unitatea detimp reprezint productivitatea biologic. Totodat, poate fi considerat i dreptsubstana organic (biomasa) din cuprinsul unui ecosistem care se acumuleaz ntr-ounitate de timp i spaiu.

n moleculele organice proprii unui organism sau unei biocenoze este stocat , o cantitate de energie care reprezintproducia de energie. ntr-o unitate de timp, prdtorii (o for

extern) pot ndeprta un cuantum de substan organic , carereprezint de fapt recolta.

Rata productivitii unui nivel trofic red eficiena n raportcu nivelul trofic anterior. Dac ne referim la rata din punctul devedere al substanei se obine formula:

Rataproductivtii

i-

Productivi-tate brut

Productivi-tate net

B + Q > B+ , n care:

B stocul de biomas pe un nivel trofic oarecare n momentul t0;B sporul de biomas obinut dupt

Q cantitate de hran acceptat de la nivelul inferior.

Aceasta se explic prin aceea c o parte din hran a fostutilizat pentru desfurarea proceselor fiziologice ale organismului.

Att pentru productivitatea primar , ct i pentruproductivitatea secundar se face o difereniere ntre valorile brutei valorile nete. Astfel, n cazul productorilor, valoarea brutsemnific cantitate de substan organic obinut prin fotosintez,iar valoarea net este dat de cantitatea rmas dup ce o parte s-a

consumat n procesele de respiraie.Pentru consumatori, sporul de greutate individualreprezint productivitatea brut , iar productivitatea net rezultprin scderea din aceasta a materialelor neasimilabile icataboliilor sub form de fecale, urin , transpiraie, dioxid decarbon etc.

6.1.3 Eficiena ecologic

Un alt parametru important pentru caracterizareaecosistemului sub aspectul productivitii l reprezint eficienaecologic , dependent de trei componente: sursa de energie,


7/19


randamentul de exploatare (valorificare a resurselor de energie(hran), randamentul de asimilare a energiei (hranei) i derandamentul produciei nete.

Pentru producia primar eficien a ecologic const n raportul dintre energia

consumat pentru fotosintezi energia primit.

Pentru consumatori, eficiena ecologic este dat de raportul dintre produciapopulaiei de pe nivelul trofic n i producia a populaiei de pe nivelulinferior (n-1).

Eficiena ecologic evideniaz randamentul transferuluide energie de la un nivel trofic la altul, avnd n vederehrana (energia) pe care a avut-o la dispoziie o populaie, unnivel trofic. Mrimea eficienei depinde de structuranivelurilor trofice. Astfel, diversitatea mai mare a speciilor pe

un anumit nivel trofic permite o valorificare mai complet,mai eficient a disponibilitilor de hran.Variaia componentelor eficienei ecologice evideniaz

perfecionarea posibilitilor de utilizare spre vrful piramideitrofice, pe msur ce are loc o mbuntire n calitatea hranei, nsensul concentrrii energiei libere. Variaia celor trei componentese prezint astfel:

Eficiena valorificrii, pentru productori , reprezint raportul dintre energia solar

absorbit (Ea) i energia solar incident , unde valoare medieeste de 0.5.

pentru consumatori , constituie raportul dintre energia ingerati energia disponibil. La animalele fitofage i zoofage arevalori mai ridicate dect la plante, avnd n vedere faptul csursa lor de energie este mult mai concentrat i de aceeaiform (energie chimic). Pe aceleai considerente, eficienasporete pe msur ce naintm n lanul trofic.

Diversitate

ridicateficiensporit

Productor

Consumato

Eficiena asimilrii, la productori , este raportul dintre producia primar brut

(PPB) i energia absorbit (Ea), unde valoarea medie este de0.004, iar valoarea maxim de 0.01 (eficiena asimilrii);

la animale , reprezint raportul dintre energia asimilat ienergia ingerat. Valoarea acesteia depinde foarte mult decalitatea hranei, dar i de nivelul trofic pe care se situeazconsumatorul. Astfel, n ecosistemele terestre, la animalelexilofage (care se hrnesc cu lemn) este de 15%, la cele care se

hrnesc cu frunze i lstari tineri - 40%, ajungnd la 80%pentru animalele granivore; la prdtorii de talie medie, n

Productor

Consumator


8/19

Ecologie general

special la insectivore, este cuprins ntre 60 i 80% (chitina dinstructura scheletului extern este greu digerabil), ajungnd njur de 90% la carnivorele tipice (lup, rs, leu, leopard etc.).

Eficiena produciei nete este dat pentru productori de raportul dintre produciaprimar net (PPN) i producia primar brut (PPB), undevalorile variaz ntre 0.4 i 0.85, respectiv 40-85% (eficienaproduciei nete).

pentru consumatori este raportul dintre producia de biomasicantitate de energie asimilat. Acest indicator nregistreazvalori mai ridicate la consumatorii fitofagi, comparativ cuanimalele carnivore. Abundena hranei pentru cei din prima

categorie i necesitatea deplasrii i a prestrii de efortsuplimentar pentru procurarea hranei n cazul celor dintr-adoua explic aceste valori.

Determinarea acestor valori poate ridica, n anumite situaii,probleme de ordin tehnic. Astfel, cantitatea hranei asimilate sededuce din relaia alimente ingerate dejecii. Energiadejeciilor este uneori mai dificil de cuantificat dectenergia hranei asimilate, mai ales n cazul erbivorelorrumegtoare, unde gazele de fermentaie care se formeaz n

stomac au o valoare energetic important.6.1.4 Factori de influen

n cazul n care unul din factorii ecologici este ncantitate/intensitate prea mic, nivelul productivitii nu va puteacrete dect n limitele determinate de acest factor (limitativ), iardepirea nivelului optim va determina scderea productivitii.Productivitatea va crete n msura n care factorii ecologici segsesc n cantiti i proporii optimizate, conform legilor deaciune a factorilor ecologici (legea minimului, legea toleranei).

Fondul de substane abiotice din mediu

Acestea sunt reprezentate de substanele anorganice din sol,utile i accesibile plantelor (inclusiv apa, ca solvent) i dioxidul decarbon din atmosfer , ca factori determinani pentru productivitateaprimar. Dioxidul de carbon provine din respiraia plantelor,animalelor i bacteriilor, iar o mare parte din nutrieni au ca sursexcrementele animalelor sau rezult din descompunerea lor sau aplantelor moarte. Disponibilizarea substanelor minerale este

legat ns de favorabilitatea condiiilor pentru activitateamicroorganismelor.

Productor

Consumator

NutrieniCO2

Ap

Cuantificare


9/19


Condiiile de clim

influeneaz cantitatea de energie primit n ecosistem,accesibilitatea resurselor de ap , regimul termic. Variaia acestorelemente n cursul unui an determin modificri n nivelul

productivitii primare a ecosistemului, cu implicaii complexeasupra activitii celorlalte organisme, constituindu-se nelementul determinant al ritmului sezonier. n aceeai msur,variaia spaial difereniaz nivele de productivitate aleecosistemelor din diferite regiuni geografice. Astfel, n zonelecalde, cu un nivel ridicat al radiaiei solare, precum i cuprecipitaii abundente, s-au dezvoltat cele mai productiveecosisteme pdurile tropicale.

Energieradiant

Tempera-tur

Ap

Tipul de metabolismAcest factor reflect capacitatea productorilor primari de a

valorifica resursele de substan i energie. Corespunznd uneietape filogenetice trzii, unele plante sunt mai eficiente nconcentrarea energiei, determinnd la nivelul ntregului ecosistemun flux de energie mai intens, o productivitate biologic mai mare.Astfel, pe baza metabolismului carbonului n sinteza glucidelor,plantele se mpart n trei categorii: plante cu metabolism tip C3,plante cu metabolism tip C4 i plante cu metabolism tip CAM

(cadrul nr. 6-1).Cadrul nr. 6-1 Metabolismul carbonului

Plante tip C3. Primul produs stabil al fotosintezei este acidul fosfogliceric, cu trei atomi decarbon. n acest grup se ncadreaz majoritatea plantelor lemnoase, speciile din familiaLeguminosae, numeroase plante cultivate (gru, orez, cartof etc.).Plantele tip C4 sunt reprezentate de unele specii cultivate trestie de zahr, porumb, sorg inumeroase specii erbacee din regiunile tropicale. Primul produs stabil n urma fotosintezeicuprinde patru atomi de carbon. Aceste plante utilizeaz mai eficient dioxidul de carbon dinaer, respectiv energia solar. Speciile din aceast grup reprezint mai puin de 2% din plantelesuperioare, dar realizeaz 10-15% din producia global de biomas.

Plante de tip CAM. Acest tip de metabolism este caracteristic plantelor din grupa cactuilor ireprezint o adaptare la condiiile unui mediu arid. Mecanismul de fixare a carbonului esteasemntor cu cel al plantelor tip C4, cu deosebirea c absorbia dioxidului de carbon seface noaptea, pentru a se evita pierderile de ap prin ostiole n timpul zilei, atuncicnd temperaturile sunt foarte ridicate.

Coeficientul de descompunere

reprezint raportul dintre producia de biomas (biosintez)i cantitatea descompus (mineralizare), respectiv raportul dintrecantitatea de energie fixat prin fotosintezi cantitatea de energie

disipat. n pdurile tropicale, unde al doilea proces se desfoar


10/19

Ecologie general

cu intensiti ridicate, se asigur fondul de substane uria necesarpentru realizarea celui mai ridicat nivel al productivitii ecosistemelor.

Migraiile

produc modificri n valoarea productivitii, fr ns ca

sporul/diminuarea cantitii de biomas s fie rezultatulmanifestrii funciilor ecosistemului, ci prin transferul biomasei ndiferite ecosisteme.

Valorile productivitii se difereniaz n funcie de unitateaspaial. Pe uniti geografice mari, nivelul productivitii primarevariaz ntre 0.5 i >20g/m2/zi (tabelul nr. 6-1). Pe tipuri deecosisteme, producia primar variaz conforma datelor dintabelul nr. 6-2.

Diferen i-erea

productiv -tii

i

Tabelul nr. 6-1 Productivitatea biologic primar pe uniti geograficeNr.crt.

Felul regiuniiValorile productivitii

(g/m2/zi)

1. Mri i oceane* 0.1-0.52. Formaiuni erbacee, pduri, litoral semiaride 0.5-3.03. Pduri umede, lacuri de mic adncime, zonele

agricole3.0-10.0

4. Estuare, recife coraligene, ecosisteme cu biotopaluvial, culturi intensive

>20.0

* g/m3/zi

Tabelul nr. 6-2 Producia primar pe tipuri de ecosistem

Nr.crt.

Tipul de ecosistemValorile productivitii

(t/ha)

1. Deerturi subtropicale i tropicale


11/19


sistemele de conducere etc. Pe baza piramidei inverse de biotop,sunt influenate i celelalte ecosisteme. Efectele nu sunt ns ntotdeauna pozitive. Astfel, excesul de azot i de fosfor,principalele elemente nutritive suplimentate prin fertilizare, ajung

n ecosistemele acvatice unde conduc la creteri excesive pentruproducia biologic primar, inducnd dezechilibre grave.

Cadrul nr. 6-1 Activitatea omului i productivitatea biologic

Suprancrcarea pajitilor duce la distrugerea covorului vegetal, expune astfel solul la eroziunei, micornd producia de fitomas, diminueaz productivitatea secundar (n cazul de fa,producia zootehnic ). Vntoarea excesiv sau pescuitul nu permit refacerea fonduluicinegetic, respectiv piscicol. Folosirea pesticidelor provoac dezechilibre biocenoticeneprevzute, cu efecte pe termen lung.

Productivitatea biologic constituie unul din domeniile

importante ale cercetrii ecologice, ntruct nivelul acesteia esteutil n identificarea mecanismelor care asigur funcionalitateasistemelor ecologice. De asemenea, productivitatea biologicexprim potenialul unui teritoriu, disponibilitatea resurselori, n ultim instan , calitatea factorilor de mediu,constituind un indicatorde evaluare a gradului de afectare amediului prin poluare.

6.1.5 Fluxul de energieEnergiacirculn

ecosistemsub formdeenergiechimic

Substana mineral, pentru a deveni component a materieivii va fi supus unui proces de ordonare care va implica i stocareaunei anumite cantiti de energie. Sursa de energie a plantelor oreprezint energia radiant solar pe care acestea o stocheaz ncombinaii organice sub form de energie chimic.

Radiaia solarincident

118 872 gcal/cm2/an

Neutilizat118 761 gcal/cm2/an

Autotrofe

Producia brut111 gcal/cm2/an

Respiraia23 gcal/cm2/an

Autotrofe

Producia net68 gcal/cm2/an

Descompuneri3 gcal/cm2/an

Nefolosit70 gcal/cm2/an

Fitofage


Respiraia45 gcal/cm2/an

Descompuneri65 gcal/cm2/an

Nefolosit7 gcal/cm2/an

Carnivore

Fitofage

Producia net10,5 gcal/cm2/an


CarnivoreProducia net1,2 gcal/cm2/an

Respiraia1.8 gcal/cm2/an Descompuneri

urme

Nefolosit1.2 gcal/cm2/an

Fig. 6-3 Fluxul de energie n ecosistem


12/19

Ecologie general

Energia chimic trece de la un organism la altul o dat cuhrana constituit din substane organice. Energia stocat nsubstana organic nu mai poate fi reconvertit n energie radiant.Rezult c aceeai cuant de lumin nu poate strbate de dou ori

un organism; astfel, transferul energiei n biocenoz este diferit detransferul substanei, n sensul c , la fiecare nivel trofic, are loc opierdere de energie. Rezult faptul c energia are un traiect, nsoitde pierderi entropice (fig. 6-3).

Transferul de energie de-a lungul diferitelor lanuri troficedecurge astfel:a) Productorii primari capteaz energia de la radiaiile solare,

energie pe care o absorb la nivelul clorofilei. O parte dinproducia brut se pierde prin respiraie, la dispoziia celui

de-al doilea nivel trofic rmnnd producia net;b) O parte a produciei primare nete servete ca aliment

animalelor erbivore (consumatori primari) care, ingernd-o,absorb cantitatea de energie constitutiv a hranei. Energianglobat corespunde la ceea ce este real utilizat din producianet vegetal. Cealalt parte a productivitii primare, care nueste utilizat , va reprezenta prad pentru bacterii. Fraciuneaasimilat corespunde produciei secundare i ea reprezintfluxul de energie care traverseaz nivelul trofic al erbivorelor;

c) Pentru cel de-al treilea nivel nivelul trofic al carnivorelor deordinul I (consumatori secundari) fluxul de energie estereprezentat de biomasa total a produciei secundare aerbivorelor, din care se scade materia consumat prinrespiraie.

Fluxul energiei prin ecosistem, respectiv prin categoriiletrofice menionate, se caracterizeaz prin urmtoarelor legiti:4 Producia net scade de la nivelul productorilor la cel al consumatorilor, raportul

dintre niveluri fiind de 1/10;

Cantitatea de energie eliminatprin respiraie raportat la producia brutcrete de la

nivelul productorilor primari spre cel al consumatorilor de rang mai nalt, dat fiind

nivelul evolutiv al speciilor;

Eficiena utilizrii energiei (hranei) disponibile crete de la nivelul productorilor

primari spre cel al consumatorilor de ranguri mai nalte.

Cantitatea de energie care traverseaz ecosistemul poate fiapreciat i prin calcularea unor mrimi cum sunt: emergia iexergia. Noiunea de emergie a fost introdus de Odum (1983) i

Transferulde energie

prin re eauatrofic

4 Prvu, C., Ecologie general, Bucureti, Editura Tehnic, 2001, p. 290


13/19


msoar , plecnd de la energia coninut de un organism,populaie, nivel trofic, ntreaga cantitate utilizat la realizareaacesteia, plecnd de la energia solar. De exemplu, emergiareprezint cantitatea de energie din biomasa consumatorilor

secundari, la care se adaug cantitatea de energie din biomasaconsumatorilor primari i apoi energia din plantele cu care s-auhrnit fitofagele. Mrimea ei exprim necesarul iniial de energiesolar pentru a obine o anumit cantitate de biomas, innd contde randamentul transferului de energie.

Exergia msoar cantitatea de energie sub form de cldur,plecnd de la valorile cunoscute ale biomasei. Jorgensen (1997) aintrodus acest termen pentru a nlocui termenul de entropie,asupra cruia persist nc numeroase controverse.

Emergia

Exergia

6.2 Circulaia substanei

La nivel global, restricia pe care o reprezenta cantitateafinit a elementelor chimice necesare pentru formareconstituenilor necesari materiei vii a fost depit prin respectareaprincipiului parcimoniei. Reperele circuitelor biogeochimice aufost prezentate n capitolul 4 pentru elementele biogene. La o scarmai redus n timp i spaiu, recircularea elementelor se realizeazi la nivelul ecosistemului.

Cile de migraie sunt reprezentate de soluii apoase saugazoase (etapa anorganic) i lanurile trofice (etapa organic).Acest circuit are caracter local i este pus n micare de energia solarfixatparial de ecosistem prin productorii primari.5

Iniial combinaiile abiotice din biotop (substane minerale) azot sub form de nitrai, fosfor, calciu, fosfat, carbon din dioxidulde carbon .a.) sunt preluate de plante i transformate, prinfotosintez , n substan organic. Plantele sunt consumate deanimale, deci substana migreaz din regnul vegetal n cel animal.Animalele elimin partea nedigerat din hrana integral, precum iproduii de dezasimilaie. Dac animalele respective sunt, larndul lor, consumate de ctre prdtori, mor. n felul acesta elecedeaz biotopului (sau substratului din biotop) substana, care semineralizeaz. Prin urmare, atomii trec succesiv din compuiminerali n compui vegetali, apoi animalieri i din nou n compuiminerali. Ciclul substanei se reia. Rezult faptul c acelai atomstrbate de mai multe ori componentele ecosistemului.

Soluiiapoasei

gazoase

Lan uritrofice

Un atom

strbate demai multeorisistemele vii

5 Idem, p. 291


14/19

Ecologie general

Circuitul substanelor se difereniaz n funcie de tipul deecosistem terestru sau acvatic. Pentru a nelege acest specific seia n considerare faptul c reeaua trofic nu este o structur rigidi imuabil, ci dinamici activ.6

6.2.1 Circuitul substanelor n ecosistemele terestre

Cantitatea de elemente minerale care este recirculat esteconstant. Cu toate acestea, circuitul nu se nchide complet la acestnivel, aa cum rezult din analiza itinerariilor n cazul unorelemente chimice cu importan vital (cadrul nr. 6-3).

Cadrul nr. 6-3 Circuite biogeochimice n ecosistemele terestre7

Carbon. Circuitul este asigurat prin fotosintez i respiraie, astfel nct se menineconstant n atmosfer o concentraie de 0.035%. Pdurea aflat n faz de cretere i

acumulare de biomas (arboret) fixeaz circa 13 t/an/ha dioxid de carbon.Oxigenul are un circuit corelat cu cel al carbonului, astfel c tot ecosistemul de pdure arecea mai important contribuie la meninerea echilibrului.Azotul are un circuit cu o semnificaie ecologic deosebit. El este transformat din azotmolecular n azot mineral i fixat pe cale biologic de ctre bacteriile fixatoare de azotlibere i simbionte. Acest lucru face ca solurile forestiere s fie bogate n azot. Consumulrealizat de ctre productori este compensat n proporie de 60-70% de necromasa redatanual solului. Pierderile se realizeaz prin levigare n apele freatice i prin emisii natmosfer.Potasiu. Circuitul este condiionat de mai muli factori care se afl n relaie direct.Potasiul este un element deosebit de important n fiziologia plantelor astfel nct prezena

lui va avea un rol determinant asupra productivitii primare. Pe de alt parte,accesibilitatea pentru plante este influenat de umiditatea din sol, care este n legtur cumacroclima (independent de densitate), dar i cu topoclima (dependent de densitate).

Prin urmare, i n cazul substanei se poate vorbi de intrri iieiri, care nsoesc un fond comun, refolosit local. Intrrile suntreprezentate de substanele din atmosfer , de dezagregareamineralelor din roca parental, n timp ce mineralizarea substaneiorganice contribuie la refolosire. Faptul c substratul este solid,populat de organisme, iar la nivelul lui se formeaz majoritatea

lanurilor trofice determin ieiri foarte puine prin moarteaorganismelor. Acestea se realizeaz prin materialele antrenate deapele curgtoare, prin emisiile gazoase, mediile respective fiindmult mai fluide i depind limitele spaiale ale ecosistemului.

Intrrii ieiriintermediatede aeri ap

6 Botnariuc, N., Vdineanu, A., Ecologie, Bucureti, Editura Didactici Pedagogic, 1982, p. 1777 Prvu, C., op. cit., p. 296


15/19


6.2.2 Circuitul substanelor n lacuri

n ecosistemele lentice (lacuri), productorii sunt organismemobile, care se deplaseaz n masa apei. Lumina este accesibilnumai ntr-un fragment al biotopului, fapt care produce osegregare spaial ntre producie i consum. n plus, apa este unmediu fluid n care nu se pot acumula elementele nutritive. Cele maiimportante elemente biogene n ecosistemele acvatice sunt azotulfosforul, fierul, siliciul, magneziul i manganul. (cadrul nr. 6-4).

Segregarespa ialdin e

produc ietr

i consum

Cadrul nr. 6-4 Circuite biogeochimice n ecosistemele lentice8

Azot. Intrrile de azot n apa lacurilor se produc pe mai multe ci: dizolvare din atmosfer,ajungndu-se la circa 15 mg/l la temperatura de 20C; oxizii de azot antrenai dinatmosfer de ctre precipitaii; apele de alimentare a lacurilor (scurgeri de suprafa,aflueni) aduc compui amoniacali, nitrai i azot organic. n circuitul biogeochimic o partedin azotul din ap va intra prin intermediul algelor i al activitii bacteriene. Pierderile deazot se realizeaz prin procese de sedimentare, denitrificare. Circuitul algal i bacteriandetermin recircularea azotului de circa 10-20 de ori pe an.Fosfor. Intrrile de fosfor sunt reprezentate de aflueni, scurgeri de suprafa, populaii depeti migratori (salmonidele din Pacific migreaz anual n lacurile din Camceatca,introducnd 26-40% din totalul fosforului existnd n aceste lacuri). n apa lacului ionul defosfat este forma cea mai rspndit a fosforului mineral. Circuitul biologic ncepe prinasimilarea fosforului mineral de ctre alge, urmnd consumarea lor de ctre peti i alteorganisme, mineralizarea etc. Acest circuit este rapid, durata lui variind ntre 10 zile (vara) i30 de zile (iarna), astfel c reciclarea se produce de circa 20 de ori pe an.

Circuitul elementelor biogene formeaz o bucl completnumai n zona eufotic. Pe lng cantitatea implicat aici, n fiecareecosistem de lac se realizeaz intrri prin aflueni, ape pluviale idizolvarea substratului, dar i ieiri, reprezentate de biomas(petii prdai de consumatorii de pe uscat) i depuneri nadncime. Ecosistemele lentice sunt instabile n raport cufluctuaiile, intrrile i ieirile, pentru fosfor. La aceast instabilitatecontribuie i faptul c principalul furnizor de oxigen din ap estefotosinteza plantelor (factor dependent de densitate) i un proces

fizic (dizolvarea din atmosfer).

6.3 Echilibrul ecologic

Meninerea structurii i funciilor ecosistemelor ntr-unmediu permanent schimbtor, dar i cu resurse finite se poateexplica ca rezultat al unor mecanisme de autoreglare (autocontrol)i se materializeaz prin echilibrul ecologic.

tInstabili atefadefluctuaiilede fosfor

Autoreglare

8 Botnariuc, N., Vdineanu, A., op. cit. , p. 178-183


16/19

Ecologie general

Noiunea de echilibru ecologic a fost printre primele care a depit sferatiinific a studiilor teoretice, devenind un concept emblematic al armoniei dinmediul nconjurtor. Dincolo de acest simbolism profan, echilibrul ecologic este cuadevrat o stare care se menine prin interaciuni complexe, a cror decelare a

suscitat un interes deosebit n planul dezbaterilor teoretice i a observaiilorempirice. n plus, cunoaterea mecanismelor care asigur aceast stare permitepreviziunea unor reacii ale ecosistemului la perturbri de natur antropic. Dinpunct de vedere al schimburilor de substan i energie, echilibrul ecologicexprim un echilibru dinamic, un raport unitar ntre intrri i ieiri.

Meninerea echilibrului necesit autoreglare, dat fiindcaracterul finit al resurselor sau spaiului i al potenialului, practicnelimitat, de reproducere a populaiilor biologice. Soluiile, n acestcontext, sunt reprezentate de reciclare i controlul creterii, ceea cela nivelul ecosistemului conduce la diferenierea funciilor pentrufiecare populaie, urmat de crearea interdependenei i deorganizarea ntr-un sistem cibernetic cu autoreglare.

Controlul parametrilor se realizeaz la fiecare nivel alierarhiei sistemice (individ, populaie, biocenoz etc.). La nivelul biocenotic, echilibrul se menine att ntre efectivele populaiilor,ct i ntre acestea i condiiile i resursele mediului de via.

Principalele mecanisme de autoreglare sunt mecanisme deprevenire (feed-before) i mecanisme de corectare (feed-back) carese bazeaz pe relaii diverse, cum sunt relaiile de:reproducere, rspndire, autoprotecie (ascundere, homocromie,mimetism), hran (trofice) i biochimice (autotoxicitate).Populaiile se menin la valori optime ale efectivelor, valoricare corespund capacitii de suport a mediului.

Meninerea strii de echilibru dinamic reprezint stabilitateasistemului, n descrierea creia se au n vedere numeroase mrimia cror cunoatere devine important n aciunile de reconstrucieecologic i de stabilire a cilor de exploatare raional aresurselor.9 Astfel, mrimile prin care se caracterizeaz stabilitateasunt reprezentate de:

- constan sau lipsa perturbaiilor;- persistena, capacitatea de supravieuire n timp a ecosistemului;- ineria sau capacitatea de a rezista perturbrilor;- amplitudinea , respectiv msura ndeprtrii reversibile de starea

iniial de echilibru;

Resurse finite

Potenial

biologicnelimitat

Feed-before

Feed-back

Echilibruecologic

Stabilitate

9 Arsene, G., Elemente de ecologie general, Timioara, Editura Orizonturi Universitare, 2002, p. 120


17/19


- stabilitateatraiectoriei, proprietatea ecosistemelor de a se ndrepta i evoluaspre o stare particular pornind de la o varietate de situaii.

Avnd n vedere importana stabilitii pentru meninerea

funciilor ecologice ale ecosistemelor, funcii care afecteaz directsau indirect activitile umane, s-au naintat multiple ipotezeprivind factorii de care depinde aceast stare.

Ipotezele difer n ceea ce privete modul de explicare acorelaiei dintre complexitatea, diversitatea ecosistemului istabilitatea lui, dar sunt convergente n ceea ce privete rolul pecare l joac fluxul de energie. n continuare, n tratarea factorilorcare determin stabilitatea, prerile sunt unanime i asuprarelaiilor trofice ca principal garant al echilibrului. Legturile

generate de hran constituie, de altfel, principalele ci prin carecircul energia i, implicit, substana.

Flux

f

de energie

Relaii tro ice

Ipoteze privind relaia diversitate-stabilitate

Thienemann (1925) identific dou tipuri de echilibru, corespunzndprincipiilor biocenotice: echilibrul conform principiului I, caracteristic zonelorcalde, avnd condiii foarte favorabile, unde meninerea echilibrului se coreleazpozitiv cu diversitatea (pduri ecuatoriale, recife coraligene); echilibrul conformprincipiului al II-lea, caracteristic biotopurilor cu relativ puine specii, mai bine

adaptate, unde structura aparent neechilibrat se menine datorit barierei debiotop.

MacArthur (1951). Aceast ipotez se bazeaz pe corelaia pozitiv dintrediversitatea i stabilitate. Astfel, ecosistemele vor fi cu att mai stabile cu ct voravea o eterogenitate mai ridicat , respectiv mai multe specii capabile sreacioneaz ntr-un mod profesionist la schimbrile de mediu corespunztoare.

Ehrlich i Ehrlich (1981) au enunat ipoteza niturilor plecnd de laanalogia realizat ntre niturile care asigur stabilitatea unei aripi de avion i

populaiile care asigur stabilitatea biocenozei. ndeprtarea niturilor va determinao deteriorare masiv a aripii numai dup ce lipsesc suficient de multe nituri, ntimp ce primele nituri care lipsesc nu afecteaz semnificativ stabilitatea aripii. nmod analog, absena unor specii va afecta progresiv stabilitatea biocenozei, dar vadevini cu adevrat periculoas pentru ntreaga biocenoz numai de la unanumit nivel n sus. Aceast ipotez consider toate speciile de importan egal , efectul prezenei lor fiind legat numai de numrul lor, nu i defunciile specifice pe care le ndeplinesc.


18/19

Ecologie general

A

B

C

D

diversitate

stab

ilitate

stab

ilitate

stabilitate

stabilitate

diversitate

diversitate

diversitate

Fig. 6-4 Relaia

stabilitate-diversitate

conform ipotezelor

susinute de

A, MacArthur;B, Ehrlich&Ehrlich;

C, Walker; D, Naem.chiopu (1982) pleac de la ipoteza c , pentru stabilitatea biocenozei nu

este rspunztor numrul mare de specii, ci ali parametri biocenotici, cum ar fiabundena biosistemelor antagoniste i a strilor funcionale echivalente posibile.Astfel, perturbarea echilibrului biocenotic de o for exterioar nu determin oreacie opus din partea biocenozei afectate. Existena unor specii cu cerinediferite, uneori antagonice, permite adaptarea la condiiile variabile. De exemplu,

n componena unei biocenoze pot fi ntlnite att specii heliofile, ct i speciiumbrofile. n condiii de insolaie puternic , se nmulesc, stocheaz energia isintetizeaz biomas cele din prima categorie, iar n condiii de insolaie slab,acest rol este preluat de speciile sciofile. Sistemul (biocenoza) nu este distrus, ci imenine echilibrul datorit acestei combinaii de specii.

Walker (1992) consider c relaia diversitate - stabilitate poate fi explicatprin ipoteza conductor i pasageri. Conform acesteia, speciile nu au roluriechivalente multe specii ndeplinesc funcii superficiale (pasageri) i numaicteva (conductorii) sunt importante pentru meninerea stabilitii. Prin urmare,

stabilitatea va depinde nu numai de numrul speciilor care dispar, dar i de funciacare nu mai este ndeplinit.Naem (1995) enun ipoteza idiosincrasiei. Aceasta admite faptul c

funciile din ecosistem se schimb atunci cnd se schimb diversitatea speciilor,dar amplitudinea i direcia schimbrilor sunt imprevizibile, ntruct rolul fiecreispecii este complex i poate varia de la un mediu la altul. n plus, se adaug faptulc funciile ecosistemului depind i de istoria ecologic i de istoria evolutiv aspeciilor aflate n interaciune.


19/19


Stabilitatea este asigurat de maximizarea fluxului deenergie, care depinde de diversitatea, respectiv de complexitatealegturilor dintre elemente. Dar stabilitatea nu este numai oconsecin a diversitii. Ea este i factor genetic al acesteia,

ntruct intensificarea fluxului de energie duce la meninereastructurii care asigur cel mai bine aprovizionarea cu energie.Faptul este dovedit de situaia ecosistemelor unde sunt accesibile ialte surse de energie dect radiaia solar. Astfel, n aceste condiiide abunden energetic nu se mai manifest tensiuneamaximizrii, ceea ce se reflect printr-o structur biocenoticsimpl, cu puine specii, dar care sunt specializate, adaptate foarte bine la condiiile date. n acest caz diversitatea optim estediversitatea redus.

Maximizareafluxului deenergie

Stabilitatea poate fi ns determinat nu numai de raportulde fore dintre populaii. Dinamica biotopului este n aceeaimsur , important. Astfel, un ecosistem cu biotop uniform ntimp i spaiu dezvolt biocenoze asemenea, iar reelele troficesunt simple.

Dinamicabiotopului

Astfel de informaii au importan practic deosebit, cu att mai mult cuct reacia idiosincrasiei este cu adevrat o caracteristic n procesele ifenomenele ecologice. Baza datelor empirice devine, n acest context, la felde important ca i metodologia de prelucrare i interpretare, ndeosebi ncorelaie cu procesele social economice.

Verificarea cunotinelor

Explicai aciunea principiilor termodinamicii la nivelul ecosistemelor.Evideniai mecanismele prin care sistemele vii s-au adaptat la acesterestricii.Circuitul carbonului i fluxul energetic n ecosistem sunt interdependente.Identificai cile de circulaie i raporturile de transformare.

Care sunt categoriile productivitii biologice?Cum se difereniaz productivitatea biologic , n sens ecologic, deproductivitatea biologic din agricultur sau piscicultur? Evideniaicomponentele produciei biologice i n aceste cazuri.Explicai utilitatea practic a informaiilor privind productivitatea biologic

n ecosistemele naturale.Cum se explic influena factorului climatic asupra productivitiiecosistemelor din diferite zone geografice?Evideniai intrrile i ieirile de elemente biogene ntr-un ecosistem de lac.

Care sunt ipotezele privind relaia dintre diversitatea biocenozei istabilitatea ecosistemului?

functii ecosis

Documents