11

Consideraţii introductive

1.1. Ecologie. Definiţie, obiect, domenii, importanţă

Termenul de ecologie, din punct de vedere etimologic, are la origine cuvintele din limba greacă: oikos = habitat, casă şi logos = discurs, ştiinţă. Ecologia este literalmente ,,ştiinţa habitatelor”.

Noţiunea de ecologie a fost folosită pentru prima dată de naturalistul Ernst Haeckel în lucrarea ,,Generelle Morphologie der Organismen” (1866). El definea ecologia ca ,,ştiinţa generală a relaţiilor dintre organisme şi mediul lor înconjurător”. În anul 1870, Haeckel preciza că ecologia trebuie înţeleasă ca ,,studiul relaţiilor dintre animale şi mediul organic şi anorganic, şi, în particular, relaţiile amicale şi neamicale dintre animale şi vegetaţie, relaţii complexe ce corespund a ceea ce Darwin numea ,,lupta pentru existenţă”,,. Experienţa ulterioară l-a condus pe Haeckel să afirme că ecologia reprezintă ,,suma cunoştinţelor referitoare la economia naturii”.

Noi reţinem definiţia propusă de Dajos (1983): Ecologia este ştiinţa care studiază condiţiile de existenţă a fiinţelor vii şi interacţiunile de toate felurile care există între acestea pe de o parte, şi între acestea şi mediul lor pe de altă parte.

Ecologia este definită riguros prin obiectul de studiu, obiect ce este foarte complex. Este reprezentat de cunoaşterea, înţelegerea şi aplicarea în practică a tuturor legilor care determină relaţiile dintre diversele sisteme biologice şi totalitatea factorilor de mediu. Ecologia include toate treptele de evoluţie: de la cunoaşterea producţiei şi a bilanţului energetic al unei specii, a mecanismelor de autoreglare a densităţii populaţiei, etc. până la caracterizarea ecologică a marilor regiuni biogeografie şi a ecosistemelor, cunoaşterea structurii şi productivităţii biosferei. În prezent, obiectul ecologiei este definit din punct de vedere sistemic, asupra acestuia punându-şi amprenta atât cercetătorii în materie cât şi modul de abordare al problematicii ecologice.

Ecologia este considerată o ştiinţă interdisciplinară, sintetică, însă are şi caracteristici proprii. Întrucât ecologia prin specificul problemelor abordate cuprinde atât sistemele biologice cât şi mediul lor abiotic este normal să fie strâns legată de numeroase alte discipline mai mult sau mai puţin biologice.

Astfel: pentru studiul relaţiilor funcţionale dintre populaţii şi mediul lor sunt

utilizate conceptele, datele şi metodele din domenii ca fizica (termodinamica etc.), biochimia (mecanismele moleculare ale schimburilor energetice), fiziologia (respiraţia, digestia, asimilaţia), microbiologia;

pentru studiul complex al oricărui taxon se folosesc cercetările de biochimie, morfologie, taxonomie, sistematică, genetică, biogeografie, evoluţionism etc.;

pentru studiul influenţei factorilor fizici asupra organismelor ecologia se bazează pe cunoştinţele de climatologie, meteorologie, geografie, pedologie, geologie etc.;

datele furnizate de geochimie sunt folosite pentru explicarea migraţiei atomilor elementelor chimice prin ecosistem;

foloseşte matematica (statistica) şi informatica în prelucrarea datelor. Evaluarea completă în spaţiul multidimensional al unui ecosistem real este cunoscută în analiza sistemică ca model de bază

(aditiv) sau model izomorf (Zeigler, 1979). Dar, un ecosistem este în continuă schimbare şi ca urmare un astfel de model este greu de utilizat în practică. A apărut astfel necesitatea folosirii unui model simplificat al modelului izomorf care aproximează numai ecosistemul natural cunoscut în analiza sistemică ca model homomorf. Alcătuirea modelelor homomorfe presupune realizarea unui proces de grupare a subsistemelor în componente mai mari, care sunt tratate unitar.

Modelarea matematică permite simularea proceselor din natură, asigură prognozarea unor acţiuni practice legate de activitatea umană şi de gospodărire a unor ecosisteme naturale (deşerturi, bazine polare, bazinul unor fluvii etc.). Pentru studiul problematicii mediului ambiant trebuie luate în considerare cel puţin 3 aspecte:

climatul; procesele fizice şi chimice; activităţile umane, aspectele sociale, demografice, poluare etc.

În metoda modelării se utilizează: modele matematice care permit analiza cantitativă şi calitativă a

sistemelor şi proceselor din mediu; modele sistemice, ca modele logice; modele predictive; modele grafice.

În practică, modelarea matematică a condus la: controlul exploatării raţionale a populaţiei de plante şi animale; controlul gradului de poluare al mediului, impurificarea alimentelor şi a apei cu substanţe toxice şi radioactive; elaborarea unor reguli de gospodărire a naturii pe baze ecologice; optimizarea producţiei de biomasă şi recoltă utilă etc.

In funcţie de nivelul de organizare al materiei vii şi modul de abordare al problemelor, în ecologie se pot distinge următoarele orientări (R. Dajoz, 1975): autoecologia, sinecologia şi demecologia.

Autoecologia reprezintă studiul relaţiilor unei singure specii cu mediul şi al acţiunii acestuia asupra morfologiei, fiziologiei şi etiologiei speciei respective. Ea este experimentală şi inductivă. Deoarece se ocupă cu studiul relaţiilor dintre un organism şi una sau mai multe variabile ca: umiditate, lumină, salinitate sau nivelurile nutrienţilor, etc. este uşor cuantificată şi conduce la un model experimental atât pentru câmp cât şi pentru condiţii de laborator. Autoecologia a contribuit la cel puţin două concepte importante: constanţa interacţiunii dintre organism şi mediul său şi adaptabilitatea genetică a populaţiilor locale la condiţiile mediului dat.

Sinecologia reprezintă studiul relaţiilor dintre organismele diferitelor specii şi ale acestora cu mediul. Conceptele importante dezvoltate de sinecologie sunt acelea care se referă la circulaţia elementelor nutritive, bilanţurile energetice şi dezvoltarea ecosistemică. Sinecologia se bazează pe studiile de geologie, pedologie, meteorologie şi antropologie. Ea poate fi subdivizată conform tipurilor de mediu la care se referă ca terestră sau acvatică.

Ecologia terestră poate fi la rândul ei subdivizată în ecologia pădurilor, păşunilor, arctică şi a deşertului. Ea priveşte aspecte legate de microclimat, chimia solului, fauna solului, circulaţia hidrologică, ecogenetică şi productivitatea ecosistemelor. Deoarece ecosistemele terestre sunt influenţate mai mult de organisme ele sunt supuse la fluctuaţii mai mari ale mediului decât ecosistemele acvatice. Acestea din urmă sunt afectate într-o proporţie ridicată de condiţiile apei, dar rezistă la variaţiile de temperatură ale mediului.

Limnologia (ecologia acvatică) este limitată la cercetarea factorilor fizici, chimici şi biologici care afectează râurile şi lacurile.

Ecologia marină se ocupă cu studiul vieţii în mare şi estuare.

O ramură care s-a desprins din sinecologie este demecologia care urmăreşte stabilirea legilor referitoare la dinamica populaţiilor (natalitate, mortalitate).

Există şi ramuri secundare ale ecologiei: ecologia microbiană, ecologia comportamentală, ecologia fiziologică, ecologia biogeochimică, ecologia sistemelor, ecologie agricolă etc.

1.4. Vocabular minim

Biotopul (grec. bios = viaţă; topos = loc) reprezintă un fragment de spaţiu populat şi transformat de către fiinţele vii. El este caracterizat de un complex de factori de mediu, cunoscuţi sub denumirea de factori ecologici1.

Fiecare biotop constituie suportul fizic al unei biocenoze specifice, bine definite.

Justus von Liebig (1840) a lansat ipoteza că organismele vii sunt în general limitate de către acţiunea unui singur factor al biotopului care este insuficient în comparaţie cu necesităţile acestora. Această afirmaţie a condus la enunţarea legii factorului limitativ: “rapiditatea sau amploarea de manifestare a proceselor ecologice este condiţionată de către factorul de mediu care este reprezentat în mod necorespunzător”. La aceea dată s-a încercat totodată să se determine acel factor care limitează creşterea şi dezvoltarea speciilor. Ulterior, multe studii au relevat faptul că acest concept este prea simplist. S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici, interacţiunea acestora crescând sau diminuând efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat.

S-a arătat apoi (Shelford, 1913) că un factor poate fi limitativ nu numai atunci când se află în cantitate prea mică, ci şi dacă este în cantitate prea mare. Afirmaţia a fost denumită: Legea toleranţei (fig.1.1).

Intervalul de valori cuprins în spectrul de variaţie al factorilor abiotici, în care speciile pot supravieţui şi persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleranţă, iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleranţă. În interiorul intervalului de toleranţă există o valoare optimă la care metabolismul speciei se desfăşoară în cele mai bune condiţii (intervalul optim).

Biocenoza sau comunitatea (bios = viaţă, koinos = comun) reprezintă un sistem de indivizi biologici din diferite specii ataşaţi unui biotop. Termenul de biocenoză a fost introdus de K. Mobius în anul 1877

1 Clasificarea factorilor ecologici este relativă datorită complexităţii formării, acţiunii şi interacţiunii acestora. Astfel, factorii ecologici pot fi: a) factori fizici (abiotici) - de exemplu: factorii climatici; b) factori biotici – de exemplu, pentru cartof: mana cartofului (Phitophtora infestans) şi gândacul din Colorado (Leptinotarsa decemlineata). Factorii fizici şi cei biotici se influenţează reciproc şi devin factori ecologici. Exemplu: clima este influenţată de covorul vegetal, iar acesta la rândul lui este influenţat de climă. Ca factori abiotici rămân numai energia radiată de soare, gravitaţia universală, mareele, factorii geotectonici (B. Stugren, 1975). Clasificarea lui P.D. laroşenko (1967) deosebeşte patru grupe principale de factori ecologici şi anume: a) factori climatici, condiţionaţi în special de fenomenele atmosferice; b) factori edafici, condiţionaţi de substrat, de sol; c) factori biotici, condiţionaţi de plante sau de grupările lor şi de animale; d) factori antropici, condiţionaţi de om. O altă clasificarea adoptată de R. Dajos (1978), care nu exclude interacţiunile dintre diferiţii factori ecologici grupează aceşti factori astfel: a) factori climatici (temperatură, lumină, umiditate relativă a aerului etc.); b) factori fizici neclimatici (factorii mediului acvatic, factori edafici); c) factori alimentari; d) factori biotici (interacţiunile intraspecifice şi interspecifice determinaţi (condiţionaţi) de plante şi animale; e) factorii antropici (condiţionaţi de om) – adăugaţi de P. D. laroşenko. Clasificarea lui Mondchaski (citat de R. Dajos, 1978): a) factori periodici primari - determinaţi de periodicitatea zi-noapte, succesiunea anotimpurilor etc; b) factori periodici secundari - consecinţa variaţiilor factorilor periodici primari; c) factori neperiodici - apar brusc: o grindină, o invazie de lăcuste, aplicarea pesticidelor, poluanţii etc.. Factorii periodici primari determină existenţa marilor zone climatice şi, dependent de acestea, zonele de răspândire ale diferitelor specii. Ei nu intervin în reglarea numărului de indivizi, ci în delimitarea ariilor de răspândire a speciilor. In mediul abisal (la mari adâncimi în mări şi oceane) şi în cel cavernicol (în peşteri) variaţia lor este atenuată sau lipseşte. Factorii periodici secundari modifică abundenţa speciilor în interiorul ariei lor de răspândire, dar influenţează puţin asupra întinderii acestei arii.Factorii neperiodici intervin mai ales în reglarea abundenţei indivizilor pe o suprafaţă determinată. In general ei nu modifică aria de răspândire şi ciclul de dezvoltare al speciilor.

Fig.1.1. Legea toleranţei

Biodiversitate - variabilitatea organismelor din cadrul ecosistemelor terestre, marine, acvatice continentale şi complexelor ecologice; aceasta include diversitatea intraspecifică, interspecifică şi diversitatea ecosistemelor.

Biomul reprezintă o zonă majoră de viaţă care depinde de macroclimă şi care cuprinde un complex de biotopuri şi biocenoze (deşert, stepă, pădurea din zona temperată etc.).

Biosfera este sistemul biologic global al Terrei (include partea inferioară a atmosferei, partea superioară a uscatului (litosfera - 148 Mio Km2) şi hidrosfera - (369 Mio Km2), care prin structura sa biologică captează energia solară, o acumulează sub forma compuşilor organici, interacţionează cu crusta terestră şi alte geosfere, influenţând structura acestora şi determină fluxurile materiale şi energetice de pe Terra (fig.1.2). Este un sistem cibernetic planetar, care prin numeroase feed-back-uri controlează amploarea variaţiilor de temperatură menţinând aproximativ constantă compoziţia şi proporţia gazelor în atmosferă, compoziţia chimică a apelor oceanice, structura şi caracteristicile solului.

Deteriorarea mediului presupune alterarea caracteristicilor fizico-chimice şi structurale ale componentelor naturale şi antropice ale mediului, reducerea diversităţii sau productivităţii biologice a ecosistemelor naturale şi antropizate, afectarea mediului natural cu efecte asupra calităţii vieţii, cauzate, în principal, de poluarea apei, atmosferei şi solului, supraexploatarea resurselor, gospodărirea şi valorificarea lor deficitară, ca şi prin amenajarea necorespunzătoare a teritoriului.

Dezvoltarea durabilă este acea dezvoltare care satisface cerinţele prezente fără a compromite generaţiile viitoare, de a-şi satisface propriile cerinţe.

Echilibru ecologic - ansamblul stărilor şi interrelaţiilor dintre elementele componente ale unui sistem ecologic, care asigură menţinerea structurii, funcţionarea şi dinamica armonioasă a acestuia;

Sistemul de interacţiuni complexe dintre specii şi dintre acestea şi mediu este numit ecosistem. Elaborarea acestei noţiuni şi introducerea ei în ştiinţă îi aparţine botanistului englez A.C.Tansley (1935). Ecosistemul este un sistem deschis, cu o alcătuire complexă dată de cele două subsisteme componente şi anume biotopul (mediul fizico-chimic, abiotic) şi biocenoza (totalitatea vieţuitoarelor, comunitatea de plante, animale, microorganisme care au ca suport un anumit biotop).

Un ecosistem poate fi simplu sau complex, în funcţie de numărul de nişe ecologice în care organismele se pot dezvolta. Cu cât există mai multe nişe specializate cu atât sistemul este mai complex. In general, sistemele cele mai complexe se regăsesc acolo unde factorii limitativi sunt mai puţin numeroşi, iar fluctuaţiiile climatice sunt de mică amplitudine.

ecotipul sau rasa ecologică se caracterizează prin diferenţierea populaţiilor în funcţie de condiţiile ecologice. De exemplu, în cadrul aceleiaşi specii de peşti pot exista rase care se înmulţesc aproape de suprafaţa apei şi rase care preferă pentru înmulţire zonele adânci ale apei.

populaţia locală reprezintă unitatea fundamentală în cadrul speciei; ea este o unitate neomogenă ce prezintă o serie de diferenţieri gradate în interiorul ei:

ecoelementul reprezintă componenta ecologică a populaţiei locale; grupul morfobiologic în care se pot reuni categorii de indivizi

deosebiţi prin caracteristici morfologice; biotipul constituie cel mai simplu element de structură al populaţiei;

cuprinde o serie de indivizi caracterizaţi printr-o anumită structură genetică, care se deosebesc de alţi indivizi prin cel puţin o mutaţie.

Ecotonul reprezintă o zona de tranziţie dintre două ecosisteme caracterizată printr-o mare diversitate.

Habitatul este mediul pe care îl întâlneşte fiecare specie într-o comunitate, el fiind compus din mediul fizic, mediul chimic şi mediul biologic (populaţiile celorlalte specii care alcătuiesc biocenoza). Noţiunea de „habitat natural”, aşa cum este definită în Directiva Habitate nr.92/43/CEE privind conservarea habitatelor naturale, a florei şi faunei sălbatice, se referă la zone terestre sau acvatice ce se disting prin caracteristici geografice, abiotice şi biotice, în întregime naturale sau seminaturale.

Habitatele naturale şi seminaturale, întâlnite la nivel naţional caracterizează mediul acvatic, terestru şi subteran:

habitate acvatice – habitate marine, costiere şi de apă dulce; habitate terestre – habitat de pădure, de pajişti şi tufărişuri, habitat

de turbării şi mlaştini, habitat de stepă şi silvostepă; habitate subterane – habitat de peşteră.

Nişa ecologică indică funcţia unei specii, câmpul ei de activitate, relaţiile cu comunitatea de specii.

Noosfera este un termen utilizat de unii autori pentru a desemna biosfera modificată de om. Alţi autori folosesc noţiunea de tehnosferă, aceasta desemnând o biosferă modernă, în care numeroase ecosisteme naturale sunt mai mult sau mai puţin deteriorate sau înlocuite de ecosisteme agricole, urbane sau industriale.

Populaţia este constituită din totalitatea indivizilor unui specii care trăiesc pe un teritoriu bine delimitat şi care prezintă caractere proprii (sau altfel spus, sistemul alcătuit din indivizi de origine comună, din aceeaşi specie, care alcătuieşte o unitate funcţională şi reproductivă, ataşată unui anumit biotop).

Sistemul reprezintă un ansamblu de elemente unite prin diferite conexiuni şi care constituie un întreg organizat ce funcţionează cu o calitate proprie.

Specia este o unitate taxonomică fundamentală a lumii vii, ce reprezintă un nivel de organizare a materiei în care sunt integrate populaţiile provenite din strămoşi comuni, cu aceeaşi zestre ereditară şi caractere distincte.

2.

2.1. Concept

Teoria generală a sistemelor a fost formulată de L.von Bertalanffy în lucrarea ,,Biologie teoretică,, apărută în anul 1932. Sistemul este definit în ,,Enciclopedia Universală,, ca fiind ,,un ansamblu de fenomene şi evenimente independente care sunt extrase din lumea exterioară printr-o acţiune

intelectuală arbitrară, vizându-se tratarea acestui ansamblu ca un întreg”. Din această definiţie rezultă că niciun sistem real nu poate exista izolat, ci el trebuie să aparţină unui sistem mai cuprinzător în cadrul căruia are anumite atribuţii. În literatură se găsesc numeroase definiţii ale sistemului.

N. Botnariuc şi A. Vădineanu (1982) consideră că sistemul reprezintă ansamblul de elemente identice sau diferite unite între ele prin cele mai diferite conexiuni, care constituie un întreg organizat ce funcţionează cu o calitate proprie.

Noţiunea de sistem are o mare importanţă pentru ştiinţă. Prin compararea sistemelor se pot evidenţia unele trăsături comune ale lor, trăsături ce ne permit înţelegerea mai profundă a modului în care sunt organizate, cum funcţionează şi care sunt relaţiile dintre ele şi mediul înconjurător.

2.2. Clasificarea sistemelor

Din punct de vedere al relaţiilor cu mediul, al schimbului de materie şi/sau energie, sistemele pot fi clasificate în trei categorii (I. Prigogine, 1955): izolate, închise şi deschise.

Sisteme izolate sunt acelea care nu realizează nici un fel de schimburi, materiale sau energetice, cu mediul înconjurător. Ele sunt considerate sisteme ideale şi nu există în natură.

Sistemele închise sunt sistemele care realizează cu mediul doar schimburi energetice nu şi materiale. Ele pot fi create în mod artificial, ca de exemplu: termosul, în care se pot păstra stabil anumite volume de lichid, fără modificări cantitative dar cu schimbări ale temperaturii (pierderea căldurii iniţiale – dacă lichidul a fost cald, sau încălzirea acestuia, dacă temperatura iniţială a fost scăzută).

Sistemele deschise sunt sistemele naturale, care au cu mediul atât schimburi energetice cât şi materiale. In grupul sistemelor deschise intră toate sistemele biologice şi cele mai multe sisteme lipsite de viaţă (o stâncă, un motor etc.).

Sistemele biologice sunt sisteme deschise care se deosebesc de cele anorganice printr-o serie de însuşiri, dintre care unele sunt deosebit de importante din punct de vedere ecologic. Dacă în sistemele deschise anorganice schimburile cu mediul nu implică transformarea condiţiilor de mediu în factori specifici sistemului (un motor, de exemplu), în cele biologice, aceste schimburi reprezintă o condiţie vitală. Materialul intrat în sistem este transformat în condiţii proprii ale sistemului biologic, acesta refăcând şi înlocuind părţile uzate şi degradate.

2.3. Caracteristicile sistemelor biologice

Sistemele biologice prezintă o serie de caracteristici generale care le deosebesc de cele anorganice şi anume: caracterul istoric, informaţional, integralitatea, echilibrul dinamic, dependenţa de condiţia iniţială, programul, autoreglarea, autoorganizarea şi autoreproducerea.

Caracterul istoricPentru a se putea explica structura şi organizarea unui sistem anorganic

este suficient să se cunoască starea elementelor componente. De exemplu, pentru a explica organizarea unei molecule oarecare este suficient să se cunoască însuşirile atomilor componenţi şi legăturile dintre ei.

În sistemele biologice însă, întrucât însuşirile unui organism reprezintă rezultatul evoluţiei, nu este suficientă cunoaşterea actuală a elementelor, ci trebuie cunoscută şi istoria sistemului luat în studiu (adică legăturile lui de

înrudire). Fiecare organism conservă în patrimoniul său ereditar istoria populaţiei din care face parte De exemplu, omologia membrelor unor mamifere (cum ar fi: aripa liliacului sau piciorul calului) poate fi explicată prin faptul că mamiferele respective descind dintr-un strămoş comun. In acest fel, se poate spune că structura actuală a sistemului biologic (în exemplul dat, al mamiferelor), este rezultatul istoric al structurii formei iniţiale, de origine a grupului mai general din care face parte sistemul dat (în cazul nostru, vertebratele).

Însuşirile sistemelor sunt considerate ca esenţiale în procesul evolutiv, în dinamica sistemelor biologice. O schimbare nesemnificativă a condiţiei iniţiale poate determina modificări importante ale sistemului.

De exemplu, depăşirea nivelului normal al concentraţiei unor nutrienţi (azot, fosfor) dintr-un lac determină apariţia eutrofizării; sub influenţa condiţiilor de mediu variabile, pot avea loc modificări ale compoziţiei specifice anumitor biocenoze (iniţial a producătorilor de substanţă organică, iar ulterior a întregii reţele trofice).

Caracterul informaţionalSistemele biologice sunt sisteme informaţionale care pot să recepţioneze,

prelucreze şi să acumuleze informaţii primite din mediu, urmând ca la rândul lor, în anumite momente, să transmită informaţii către alte sisteme pentru o cât mai bună integrare cu acestea, dar şi pentru transformarea lor.

N. Wiener (1963), fondatorul ciberneticii, arată că ,,informaţia apare ca o necesitate discontinuă sau continuă de evenimente măsurabile, repartizate în timp”. Transmiterea informaţiei se realizează prin succesiuni de semnale (evenimente). Un organism (o populaţie) poate recepţiona şi transmite informaţii pe căi fizice (sunete, culori), chimice (miros, substanţe chimice din sol) şi fiziologice (comportamente diferite, gesturi etc.). Înregistrarea şi transmiterea informaţiei generează însă entropie (stare de dezorganizare a echilibrului ecologic). Aceasta deoarece procesele sunt legate de un substrat material (unde sonore, substanţe chimice) care se realizează cu o cheltuială de energie.

Fiecare sistem biologic înregistrează informaţia în modul său propriu, caracteristic. De exemplu, la indivizii biologici, o modalitate de transmitere a informaţiei ereditare este codul genetic, care constă din succesiunea nucleotidelor din macromoleculele acizilor nucleici; o populaţie înregistrează informaţia prin trăsăturile sale structurale (structura genetică pe vârste, sex, spaţială, etc.), desfăşurând o anumită activitate prin care modifică într-un anume fel ecosistemul în care este inclusă.

Cantitatea de informaţie depinde de gradul de organizare al sistemului. Cu cât un sistem este mai organizat, cu atât el conţine o cantitate mai mare de informaţie. Dar, întrucât sistemele biologice evoluează în timp şi cantitatea de informaţie creşte (un organism tânăr are o organizare şi un grad de informaţie inferior unuia adult). Pentru a se asigura conservarea sistemului, tendinţa generală care se manifestă în decursul evoluţiei sistemului biologic este de a realiza cantitatea optimă de informaţie şi nu pe cea maximă.

Un rol important revine şi fidelităţii cu care este transmisă informaţia. Ea poate fi afectată de erori determinate atât de factori interni cât şi de factori externi. Un mijloc de asigurare a fidelităţii mesajului îl constituie fenomenul de redundanţă. Acesta constă în transmiterea informaţiei într-o formă dezvoltată, precum şi în repetarea ei (de ex. caracterul dublu al garniturii cromozomice în celulele organismelor). W. Elsasser (1958) aprecia că ,,un mesaj este redundant când nu este în forma lui cea mai scurtă’’. Potrivit principiului lui Dancoff ,,orice organism sau organizaţie care progresează prin evoluţia competitivă se apropie de acest optim, adică el va comite cu atât mai puţine erori cu cât progresează şi

foloseşte minimum de informaţie redundantă necesară spre a menţine erorile la acest nivel”. De aici rezultă că nivelul informaţiei redundante într-un sistem, trebuie să fie limitat, chiar dacă este un sistem cu un conţinut enorm de informaţie (fiinţa vie). Acest principiu are importanţă în special în dinamica şi structura populaţiilor. Redundanţa excesivă este inutilă şi chiar dăunătoare, pentru că duce la pierdere de energie şi chiar la alterarea informaţiei (de ex. poliploidia, suprapopulaţia). Tendinţa sistemelor biologice este de a realiza redundanţa optimă, care să asigure fidelitatea necesară transmiterii informaţiei cu minimum de pierderi.

Această însuşire este esenţială pentru procesul de integrare al organismelor în mediul de viaţă, având consecinţe la nivelul organizării sociale, a relaţiilor intra şi interspecifice, a relaţiilor cu resursele mediului şi condiţiile de viaţă.

Integralitatea Aceasta este o trăsătură generală a sistemelor deschise cu importanţă

deosebită pentru sistemele biologice. Ea arată că sistemul integrator posedă însuşiri noi faţă de cele ale părţilor componente datorită numeroaselor conexiuni dintre acestea.

Însuşirile sistemului nu se pot reduce la suma însuşirilor părţilor lui componente deoarece din interacţiunea acestora apar trăsături noi ale părţilor şi trăsături proprii ale întregului. De exemplu, o biocenoză are însuşiri diferite (productivitatea biologică) de cele ale populaţiilor componente; o populaţie are anumite însuşiri (densitate, structură) pe care nu le are individul. Cauza diferenţelor o reprezintă legăturile diferite ale populaţiei cu hrana, duşmanii şi factorii biologici din cele două ecosisteme etc. Acelaşi lucru putem afirma şi despre sistemele anorganice (apa are însuşiri cu totul diferite de ale hidrogenului şi oxigenului care o compun).

În vederea persistenţei lui în timp un sistem trebuie să-şi păstreze subsistemele componente. Lipsa unui subsistem, datorită interdependenţelor, produce disfuncţionalităţi ale întregului şi chiar distrugerea lui. De exemplu, în cazul majorităţii funcţiilor unui organism: respiraţie, termoreglare etc.

Studiind integralitatea unui sistem ne dăm seama de importanţa consecinţelor metodologice (rezultatele cercetărilor de laborator cu unele populaţii trebuie confruntate cu datele din teren pentru a avea o reprezentare cât mai corectă).

Integralitatea, o dată realizată, poate deveni cauza unor noi diferenţieri, care vor duce la creşterea conţinutului informaţional al sistemului dat.

Integralitatea nu este la fel de dezvoltată în cadrul tuturor sistemelor biologice. Ea este mai pronunţată la organismele individuale, mai puţin pronunţată la populaţii - se realizează ca urmare a diferenţelor morfo-funcţionale şi comportamentale intrapopulaţionale (între diferite grupări din structura populaţiei) şi prin schimburi informaţionale între indivizi rezultând coeziunea, dar şi independenţa indivizilor aparţinând unei populaţii şi scade la nivelul biocenozei.

Dezvoltarea integralităţii coincide cu creşterea organizării sistemului şi are ca efect şi, sporirea eficacităţii autocontrolului şi echilibrului său dinamic.

Programul Constă în reacţiile unui sistem biologic de-a lungul evoluţiei lui la diferite

condiţii de mediu. Structura unui sistem biologic nu este rigidă. Un program reprezintă o stare posibilă a unui sistem biologic ca urmare a schimbărilor intervenite în mediul cu care este în contact. Această trăsătură este legată de însuşirile structurale, funcţionale şi comportamentale ale sistemului biologic

care se pot modifica între anumite limite şi care permit realizarea unor stări diferite.

Întrucât orice sistem biologic are mai multe stări posibile putem spune că are la fel de multe programe. Dar, se realizează numai acele programe pentru care există condiţii de mediu potrivite. De exemplu, seminţele în condiţii de uscăciune se menţin în stare de repaus, iar în condiţii de umiditate, germinează.

În orice sistem există o ierarhie de programe. Ele au fost clasificate astfel (Amosov):

programe proprii sau “pentru sine” – adică stările structurale care asigură autoconservarea sistemului dat. Exemple în acest sens sunt: programele care asigură absorbţia apei şi a elementelor nutritive, sintetizarea substanţelor organice de către plante; un organism ce face parte dintr-o populaţie posedă o serie de instincte şi reflexe de apărare, de asigurare a hranei etc.

programe inferioare– programele subsistemelor componente ale organismului. De exemplu, în cazul unei celule - programele organitelor celulare, al amiloplastelor; în cazul unui organism - programele celulelor, ţesuturilor şi organelor.

programe superioare – reflectă rolul, funcţia unui subsistem dat în asigurarea existenţei sistemului superior în care este integrat. Exemplu – programele ce asigură reproducerea şi înmulţirea plantelor sau animalelor.Programele sistemelor biologice pot fi modificate într-o oarecare măsură în

sensul dorit de om. Exemple: domesticirea animalelor, cultivarea plantelor, orientarea metabolismului în anumite direcţii etc.

Echilibrul dinamic Este o stare caracteristică a sistemelor biologice şi reprezintă o consecinţă

a însuşirii fundamentale a sistemelor deschise de a întreţine un permanent schimb de substanţă şi energie cu sistemele înconjurătoare. În cazul sistemelor anorganice nu putem vorbi despre un echilibru dinamic. Conservarea lor în timp depinde de gradul lor de izolare faţă de sistemele înconjurătoare.

Spre deosebire de acestea, sistemele biologice îşi au existenţa condiţionată de menţinerea relaţiilor materiale, energetice şi informaţionale cu mediul. Ele au capacitatea de autoreînoire (premisa dezvoltării şi a evoluţiei), dar îşi păstrează individualitatea determinată genetic, realizând un echilibru dinamic între stabilitate şi schimbare. Sistemele biologice, pe seama surselor de energie exterioare sistemului, au capacitatea de a rezista în mod activ la variaţiile necontrolabile ale mediului ambiant, de a compensa creşterea entropiei şi de a o depăşi (au un comportament antientropic, care permite de exemplu, creşterea cantităţii de substanţă organică, realizarea producţiei biologice). In cazul nivelului populaţional, se remarcă un echilibru dinamic în privinţa numărului indivizilor dintr-o populaţie, a structurii genetice, pe vârste, sexe etc., cu creşteri sau scăderi dependente de condiţiile de mediu, ce oscilează în jurul valorii ideale (raport între numărul de indivizi – nivelul sursei de hrană – dimensiunea spaţiului ocupat).

Eterogenitatea internăSistemele biologice nu sunt omogene ci sunt alcătuite din elemente mai

mult sau mai puţin diferite. Evoluţia lor implică creşterea complexităţii şi deci a eterogenităţii lor interne.

Cu cât sistemul este mai complex cu atât există mai multe conexiuni între subsistemele componente şi creşte stabilitatea lui. Dar, în acelaşi timp, creşte şi vulnerabilitatea acestuia, în sensul că deteriorarea unui subsistem produce

perturbări întregului (creşte complexitatea creşte numărul de subsisteme cresc punctele vulnerabile (N. Botnariuc, 1982).

În concluzie, există un anumit grad de eterogenitate (optimă) spre care tinde orice sistem biologic, care îi permite conservarea lui în timp.

AutoreglareaMenţinerea sistemelor biologice este posibilă numai dacă acestea pot să

controleze procesele lor interioare, contracarând acţiunea mediului, care are tendinţa să dezorganizeze sistemul. Ex.: - densitatea la grâu se realizează prin înfrăţire. Constituirea genofondului unei specii este un proces lent determinat de autoreglare şi adaptare.

Sistemele biologice sunt sisteme cibernetice (fig. 2.1). De aceea, orice sistem este organizat într-un mod care să-i permită:

recepţia informaţiei; circulaţia, acumularea şi prelucrarea informaţiei; selecţia răspunsului; efectuarea răspunsului sistemului faţă de stimuli.

Fig. 2.1. Schema unui sistem autoreglabil

Funcţionarea coordonată a sistemelor biologice se bazează pe existenţa conexiunii inverse (a feedback-ului –), prin care valoarea răspunsului este comunicată la dispozitivul receptor şi apoi la centrul de comandă şi este comparată cu comanda emisă. Astfel, dacă între această valoare şi comandă există o diferenţă (situaţie care se întâmplă de obicei) ea se transformă într-o nouă comandă care determină un nou răspuns ş.a.m.d.

Conexiunea inversă poate fi două tipuri: negativă şi pozitivă. Cea mai răspândită modalitate de autoreglare este conexiunea inversă

negativă care are efect stabilizator asupra sistemului. Prin aceasta se reduc efectele perturbărilor, adică depăşirea unui anumit prag al variaţiei parametrilor de stare ai sistemului. De exemplu, un model simplu de realizare a conexiunii negative este reprezentat de termostat: creşterea valorii temperaturii determină oprirea curentului până la restabilirea temperaturii potrivite. Alte exemple: un animal homeoterm, la scăderea temperaturii, va răspunde printr-o modificare a mecanismului fiziologic de termoreglare, iar dacă acest mecanism este suprasolicitat şi este insuficient, recurge la găsirea unui adăpost sau la gruparea cu alţi indivizi, limitând astfel pierderile de căldură.

In cazul feed-back-ului pozitiv, răspunsurile sistemului sunt permanent amplificate. Fără existenţa unor mecanisme reglatorii, un asemenea tip de autoreglare ar putea duce la autodistrugerea sistemului, deci la schimbarea profundă a stării lui. Exemple:

în timpul naşterii la mamifere are loc o eliberare mare de ocitocină, au loc contracţii puternice care, la rândul lor determină o sporire a nivelului hormonului respectiv şi apoi din nou a contracţiilor. Procesul are loc până la expulzarea fătului şi puţin după aceasta, după care nivelul ocitocinei scade, ca urmare a intervenţiei unor mecanisme suplimentare;

aprovizionarea în exces cu azot a plantelor, în condiţii favorabile de umiditate, determină creşterea suprafeţei foliare, creşterea posibilităţii de asimilare, creşte masa vegetală, lucru ce poate implica pierderea rezistenţei la boli a plantei, rezistenţa la cădere etc.În realitate, în cadrul sistemelor biologice feed-back-ul pozitiv este cuplat

cu feed-back-ul negativ, ceea ce asigură realizarea echilibrului dinamic. În acest fel funcţionează sistemul de menţinere a parametrilor mediului intern de la om (temperatura corpului, concentraţia de glucide, presiunea sângelui, valoarea pH, etc.).

Autoreglarea evidenţiază comportamentul activ al unui organism faţă de variaţiile mediului: el alege activ hrana, caută şi îşi face adăpostul, evită duşmanii sau se luptă cu ei, apără descendenţii alege mediul cu condiţiile favorabile etc.

Procesul de autoreglare se manifestă şi în cazul sistemelor biologice supraindividuale (populaţie, biocenoză, biosferă), el conducând la menţinerea sistemului respectiv în condiţii specifice de mediu. De exemplu, în cazul unei biocenoze de pădure, un factor perturbator poate fi constituit de înmulţirea exagerată a insectelor defoliatoare. Dacă acest factor nu ar fi contracarat, existenţa întregului ecosistem ar fi pusă sub semnul întrebării. Refacerea echilibrului normal dintre speciile biocenozei se realizează, de exemplu, prin intervenţia păsărilor insectivore (prin înmulţirea lor).

Autoreglarea la nivel populaţional este mai puţin promptă şi eficientă decât la individual. Se realizează prin diferite mecanisme de feed-back intrapopulaţional şi cu mediul. Se referă mai ales la caracteristicile populaţionale ce ţin de rata reproducerii, nivelul numeric al populaţiei, densitatea, dinamica în timp, structura pe vârste, raportul dintre sexe, etc.

Feed–before este un mecanism de anticipare, de prevenire.De exemplu: văzul permite orientarea în timpul mişcării şi prevenirea

accidentelor; puii de cucuvele sunt hrăniţi cu cantităţi de pradă ce scade de la puiul mare la cel mai mic. Şansa de supravieţuire scade în acest sens rezultând prevenirea suprapopulaţiei cu răpitoare care ar duce la riscul dispariţiei speciei ce constituie prada; procesele de organogeneză la grâu; căderea fiziologică a fructelor etc.

Autoorganizarea Reprezintă capacitatea sistemelor de a realiza o anumită structură prin

acumularea de informaţie. De exemplu, dirijarea elaboratelor în cadrul organismului pentru formarea, creşterea sau întreţinerea ţesuturilor sau organelor.

În ecosistemele agricole se poate interveni prin tăierile de formare şi rodire aplicate pomilor care îşi vor dirija substanţele elaborate în modul dorit de om; sau prin folosirea substanţelor de creştere sau inhibitoare (D. Şchiopu., 1997) etc.

Autoreproducerea Autoreproducerea este mecanismul prin care un sistem generează alt

sistem de configuraţie asemănătoare. Din punct de vedere ecologic autoreproducerea este o funcţie esenţială a

populaţiei. Este unitatea reproductivă elementară deoarece numai la nivelul ei se pot asigura celelalte trăsături necesare pentru asigurarea supravieţuirii populaţiei.

33

Surse de energie

Toate organismele depind de aportul energetic (provenit de la soare sau din moleculele cu energie înaltă), de disponibilitatea apei şi a nutrienţilor pentru metabolism şi dezvoltare. Cu excepţia câtorva ecosisteme (unele peşteri, sisteme hidrotemale de mare adâncime) în care energia solară nu este principala sursă de energie întreaga energie utilizată de organismele vii provine (ori a provenit odată) de la soare. Chiar combustibilii fosili – cărbunii, petrolul şi gazele naturale - pe care se bazează astăzi economia civilizaţiei moderne sunt de fapt rezerve de energie solară captată şi depozitată în fosilele organismelor ce au trăit cu milioane de ani în urmă.

3.1. Radiaţia solară

Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară. Energia emisă de Soare este în jur de 73,5 x 106 Wm-2 din care Pământul primeşte numai 0,0005%.

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse între 1 Ǻ (Angstrom, 1Ǻ = 10 -

10 m) şi câţiva kilometri (în cazul undelor radio lungi). Radiaţia solară care ajunge la limita superioară a atmosferei este în principal de undă scurtă (0,25-4μm)- (aprox. 99%). Din aceasta, aproximativ 9% reprezintă radiaţie situată în domeniul ultraviolet, 42% în domeniul vizibil, iar 48% în domeniul infraroşu.

Lumina vizibilă, perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio, microundele, radiaţiile infraroşii, lumina vizibilă, radiaţiile ultraviolete, radiaţiile x şi radiaţiile gamma

Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pământului este mai redusă decât valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia, ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră. La suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 1,6 cal/cm2 şi pe minut.

La traversarea atmosferei terestre, radiaţia solară suferă modificări cantitative şi calitative datorită fenomenelor de absorbţie şi difuzie. Intensitatea acestor fenomene este proporţională cu parcursul prin atmosferă care depinde de unghiul de înălţime al Soarelui.

Apa absoarbe lumina în mod diferit, în funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare. Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid, în timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde.

Radiaţiile „verzi” ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante în cadrul fotosintezei clorofiliene. De aceea, în mări şi oceane, în orizonturile la care pătrund aceste radiaţii, plantele acvatice (de genul algelor roşii care pot fi prezente până la adâncimi de 500 m) utilizează un pigment diferit de clorofilă denumit ficoeritrină.

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde în ecosistemele acvatice este diferită în funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie, refracţie, absorbţie şi dispersie. Din acest motiv, transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adâncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante în procesul de fotosinteză.

În apele cu transparenţa până la 1 m pătrunde 5% - 10% din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei, iar la adâncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0,003 – 0,01 cal/cm2 şi minut

3.2. Acţiunea biologică a luminii

3.2.1. Fotosinteza

Din radiaţia globală numai o mică parte este utilizată în fotosinteză (cantităţi mari din radiaţia globală sunt implicate în procesele de reflexie, absorbţie şi în schimburile termice şi convective). Fotosinteza este un proces metabolic fundamental pentru organismele vii. Capacitatea fotosintetizantă se întâlneşte la numeroase organisme atât procariote cât şi eucariote. Eucariotele fotosintetizante includ nu numai plantele verzi superioare ci şi algele multicelulare verzi, brune şi roşii, cât şi euglenoidele, dinoflagelatele şi diatomeele.

Energia solară este sursa directă de energie pentru plantele verzi şi pentru alţi autotrofi fotosintetizanţi şi sursă indirectă de energie pentru toate organismele heterotrofe, prin acţiunea lanţurilor trofice ale biosferei.

Se estimează că, prin procesul de fotosinteză al plantelor şi microorganismelor se transformă în energie chimică circa (3-6)x1017kcal/an, adică un total 0,03 % din energia solară ce ajunge pe Pământ. Numai o mică parte din această energie este folosită de om: aproximativ 8x1015 kcal/an sub formă de căldură şi cam 4∙1015 kcal/an sub formă de hrană.

3.2.2. Răspunsul organismelor la stimulul luminos

Plantele reacţionează diferit la compoziţia luminii, intensitatea luminoasă şi durata de iluminare.

Lumina joacă un rol însemnat în procesele de creştere şi dezvoltare al plantelor. Procesul de fotosinteză este influenţat atât de absorbţia radiaţiei solare din domeniul 400-700 nm cât şi de repartiţia radiaţiei în interiorul covorului vegetal.

Vegetaţia se comportă diferit în funcţie de lungimea de undă: reflectanţa frunzelor este scăzută în domeniul vizibil (0,4-0,7µm), cea

mai mare parte din radiaţia incidentă este absorbită de pigmenţii clorofilieni şi carotenoizi din frunze;

în domeniul infraroşu (0,7-1,3 µm) absorbţia datorată pigmenţilor frunzei este foarte slabă;

în domeniul infraroşu mijlociu (1,3-2,5 µm) proprietăţile optice sunt determinate de conţinutul în apă al frunzelor, fiind cunoscute benzile de absorbţie ale apei situate la 1,45, 1,95 şi 2,50 µm.

La nivelul covorului vegetal o parte din radiaţiile solare sunt reflectate de către plante (70% din infraroşii şi 10-20% spectrul vizibil verde), o parte sunt absorbite şi folosite în fotosinteză (albastre şi roşii), iar o parte trec prin învelişul vegetal la nivelul solului. Covorul vegetal modifică şi compoziţia spectrală a luminii datorită adâncimii de pătrundere a radiaţiei şi a indicelui suprafeţei foliare.

S-a constatat că radiaţiile roşii şi cele galbene prezintă cea mai mare importanţă pentru fotosinteză şi pentru sinteza hidraţilor de carbon, iar cele albastre pentru sinteza substanţelor proteice.

Celulele multor specii de plante superioare pierd clorofila şi culoarea verde atunci când sunt ţinute la întuneric timp de mai multe zile (fenomenul de etiolare). Procesul de etiolare este cauzat de lipsa enzimei care catalizează

sinteza clorofilei. Dacă plantele etiolate sunt reexpuse la lumină, în câteva ore are loc sinteza a mai mult de 60 enzime fotosintetice, ARN-r cloroplastic şi clorofilă. În funcţie de expunerea la lumină se pot înregistra de asemenea: variaţii în structura frunzei, a concentraţiei sucului celular şi a cantităţii de apă; variaţii în cantitatea de pigmenţi; variaţii în procesele de transpiraţie şi respiraţie; modificări în producerea de glucide, aminoacizi, proteine, etc.

In general, plantele care trăiesc în zone de umbră utilizează radiaţiile cu intensitate scăzută mult mai eficient decât speciile care se dezvoltă în plin soare, însă, în situaţia inversă (la radiaţii cu intensităţi mari) plantele ce se dezvoltă în plin soare sunt mai eficiente. Diferenţele menţionate sunt datorate arhitecturii învelişului vegetal (înălţimea plantelor, indicele suprafeţei foliare, orientarea frunzelor).

În cursul evoluţiei lor, plantele s-au adaptat să trăiască în diferite condiţii de lumină. Din acest punct de vedere plantele se pot grupa în:

heliofile, care necesită lumină intensă, cum sunt Agropyron sp., Festuca vallesiaca;

sciofile, de umbră, care preferă lumina mai puţin intensă, cum sunt Corydalis sp., Brachypodium silvaticum etc.;

helio-sciofile, adică plante heliofile care pot suporta şi un oarecare grad de umbră, de ex: Cynodon dactylon, Digitaria sanguinalis, Galinsoga parviflora etc.

Ele sunt repartizate în natură în funcţie de optimul intensităţii luminoase.Lumina prezintă frecvente variaţii zilnice, ciclice, extreme şi accidentale

datorate variabilităţii geografice şi expoziţionale. Ca urmare, ea impune modificări ale ecosistemelor, care pot fi:

accidentale (schimbarea bruscă a vremii); ciclice.

Ritmul impus de lumină este foarte stabil, el având la bază fenomene de origine astronomice. Ca urmare, el a permis de-a lungul timpului dezvoltarea unor fenomene de adaptare a organismelor. Ritmurile zilnice de activitate ale animalelor, plantelor, protistelor, fungilor, cianobacteriilor şi al altor organisme s-au dovedit a avea câteva caracteristici comune:

perioada este în mod remarcabil insensibilă (nu depinde) la temperatură, deşi, prin scăderea temperaturii se poate reduce drastic amplitudinea efectului ritmic,

ritmurile de viaţă sunt continue, ele putând exista chiar şi câteva zile, chiar dacă în mediu nu există condiţiile obligatorii de supravieţuire, cum ar fi perioada zi-noapte (lumină-întuneric),

ritmurile de viaţă pot fi încadrate, în anumite limite, după ciclurile zi-noapte (lumina-întuneric) ce au valori diferite decât 24 de ore. Astfel,

perioada de exprimare a organismului poate fi făcută să coincidă cu cea a ciclului zi-noapte la care este expus,

expunere de scurtă durată la lumină poate modifica ciclul, producând o schimbare de faze (o inversare a fazelor).

Ritmul circadian poate fi caracterizat astfel: perioada este lungimea unui ciclu şi amplitudinea este magnitudinea unei schimbări după trecerea ciclului.

Fotoperiodismul este un proces care determină schimbări morfologice, biochimice şi fiziologice în viaţa organismelor. Plantele reacţionează la durata de iluminare a zilei (fotoperiodism) în parcurgerea unor fenofaze (germinarea, înflorirea, coacerea fructelor, etc.).

Plantele furnizează un număr imens de exemple de cicluri de viaţă. Fiecare specie îşi declanşează activitatea care devine mai intensă după un anumit timp. Aşa de exemplu, unele plante îşi deschid florile seara: luminiţa (Osnotheria bionnis), regina nopţii (Nicotiana affinis), alte plante, dimpotrivă îşi deschid

florile ziua. La trifoi, frunzele plantei în mod normal coboară şi se închid în timpul nopţii şi se deschid la răsăritul soarelui. Ele continuă să se deschidă şi să se închidă într-un ciclu de aproximativ 24 de ore. Mecanismele care permit organismelor să-şi modifice starea în mod ciclic se numesc ceasuri biologice. Ceasurile biologice sunt ,,potrivite,, de fotoreceptori. S-a demonstrat că fitocromii şi receptorii pentru lumina albastră afectează durata ceasului biologic, prezentând culori diferite la lungimi de undă diferite şi intensităţi ale luminii. Această diversitate a fotoreceptorilor poate fi o adaptare a plantei la modificările luminii dintr-un mediu, în cursul unei zile sau a unui anotimp. De exemplu, ceasul biologic al plantei Arabidopsis se bazează pe activitatea a cel puţin 3 „gene - ceas”. Aceste „gene-ceas” codifică proteine reglatoare care interacţionează pentru a produce o oscilare a ciclului de viaţă .

În funcţie de durata zilei plantele se clasifică în: plante de zi lungă, care au nevoie pentru înflorire şi fructificare de

zile lungi (15-20 ore - grâu, orz, ovăz; crinul); plante de zi scurtă, cele care cresc vegetativ vara şi fructifică spre

toamnă (tutunul, porumbul, crizantema, brânduşa de toamnă); plante indiferente la lungimea zilei (floarea soarelui, vinetele).

Efectul informaţional al luminii pentru animale constă în perceperea formelor, culorilor, distanţelor şi a mişcărilor obiectelor înconjurătoare, dar şi în modificarea activităţii lor: perioada de viaţă activă, latentă, năpârlirea, migraţia etc.

De exemplu, în mediul acvatic alternanţa zi – noapte determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme. Astfel, în ecosistemele acvatice lacustre, precum şi în cele maritime, producţia primară (fotosintetică) se realizează în timpul zilei, în timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat în consumul de alge microscopice) se realizează în mare măsură pe timpul nopţii. Această alternanţă este cunoscută sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului. Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii în orizonturile superficiale ale apei şi "migrează" spre adâncimi în timpul zilei. Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei, deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton. Pe parcursul nopţii, zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumând fitoplanctonul dezvoltat în exces. În ziua următoare, biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel ciclul se reia.

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales în timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage, care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore, consumând în timpul zilei zooplanctonul şi retrăgându-se pe perioada nopţii în ape mai adânci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin, încadrându-se astfel în lanţul trofic. Acestor ritmuri ale migraţiei le pot fi asociate uneori adaptări foarte specifice, remarcându-se coincidenţe între ciclurile ontogenetice, migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă.

Lumina determină de asemenea aşa numitul fenomen de fototropism. Plantele şi în special animalele pot reacţiona diferit. Fototropismul reprezintă tendinţa organelor plantelor de a se îndrepta către o sursă de lumină. Una dintre substanţele care se pare că mediază multe tropisme este auxina care determină alungirea celulelor. Când o extremitate a plantei este luminată numai pe o parte, auxina se acumulează pe partea umbrită a vârfului conducând la o alungire mult mai rapidă a celulelor de pe acea parte (comparativ cu viteza de alungire a celulelor de pe partea luminată) ceea ce conduce la curbarea tulpinii către sursa

de lumină. Pentru a se utiliza o cantitate cât mai mare de energie solară în ecosistemele artificiale, de-a lungul timpului, s-au stabilit diferite metode de dirijare a luminii.

Cu titlu de exemplu pot fi menţionate următoarele metode: zonarea culturilor, care permite realizarea unei bune concordanţe între resursele climatice şi cerinţele biologice; crearea unui regim de lumină corespunzător în covorul vegetal prin controlul densităţii plantelor, orientarea rândurilor de plante pe direcţia N-S, combaterea buruienilor, fertilizare; practicarea unor sisteme de culturi asociate (mixte) şi /sau succesive etc.

3.3. Temperatura aerului, apei şi a solului. Aspecte generale

3.3.1. Temperatura aerului

Acest factor influenţează direct sau în corelaţie cu alţi factori ecologici parametrii structurali şi funcţionali ai populaţiilor naturale şi implicit compoziţia biocenozelor. Din punct de vedere ecologic, temperatura este în general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică.

În studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor. În prezent, pentru măsurarea temperaturii se folosesc două scări de temperatură: scara Celsius (°C), cu precădere în ţările europene şi scara Fahrenheit (°F), în Statele Unite. Acestea se definesc cu ajutorul scării Kelvin (K) care constituie scara fundamentală a temperaturilor în ştiinţă şi tehnică. La 0K (zero absolut) agitaţia termică încetează.

Temperatura medie este de 13°C în emisfera de nord (cu 14°C diferenţă între zi şi noapte) şi 15°C în emisfera sudică cu 7°C diferenţă). Diferenţa dintre cele 2 emisfere este dată de repartiţia inegală a continentelor şi a oceanelor, de o parte şi de alta a Ecuatorului. Importanţa acestor valori medii pentru funcţionarea ecosistemelor este limitată având în vedere valorile locale, amplitudinile şi frecvenţa oscilaţiilor.

Variaţia regimului termic în funcţie de condiţiile topografice este evidentă în zonele muntoase, unde creşterea altitudinii cu 100m peste nivelul mării este urmată de scăderea temperaturii medii anuale cu 0,5°C.

Efectul temperaturii asupra biologiei şi fiziologiei organismelor trebuie urmărit din trei puncte de vedere:

efectul temperaturii medii. efectul temperaturilor extreme (pe care organismele le pot sau nu

suporta), efectul periodicităţii.

În ceea ce priveşte acţiunea temperaturii asupra ecosistemelor aceasta se manifestă în mai multe feluri:

selecţia speciilor după toleranţa lor şi/sau exigenţele termice, modificările raporturilor competitive între specii.

Cantitatea de căldură care ajunge pe Terra este diferită. Ea scade de la Ecuator spre poli, realizându-se o zonare latitudinală termică a Globului (existenţa celor trei climate principale: cald, temperat şi rece) şi o zonare latitudinală termică a vegetaţiei:

zona pădurilor ecuatoriale, cu frunze persistente, a savanelor şi a pustiurilor tropicale (zona caldă sau boreală);

zona pădurilor cu frunze căzătoare, a pădurilor de conifere şi a stepelor (zona temperată);

zona tundrei polare (zona rece sau arctică).

În România, vegetaţia se manifestă prin următoarele unităţi zonale pe latitudine şi altitudine:

1. Zonă de stepă, între 0 şi 100m, în câmpiile şi podişurile din sud-estul României. Se disting două subzone: stepă cu graminee şi stepă cu graminee şi dicotiledonate;

2. Zonă de silvostepă, între 50 şi 150m, în câmpiile şi podişurile din estul, sudul şi vestul României. Se disting două subzone: silvostepă nordică cu stejari mezofili şi silvostepă sudică cu stejari xerofili;

3. Zonă pădurilor de foioase, între 100-400m, în câmpiile, piemonturile şi podişurile periferice regiunii muntos-deluroase (aceasta întinzându-se între 300-400m şi 1.300-1.450m şi se caracterizează prin păduri de gorun şi păduri de fag). Se disting două subzone: păduri de stejari mezofili şi păduri de stejari termofili-submezofili;

4. Zonă pădurilor de conifere (boreală), între 1.300-1.450 şi 1.750- 1.850m cu păduri de molid montane şi păduri de molid subalpine;

5. Zonă subalpină, 1.750-1.850 şi 2.000-2.200m, cu rărişti de molid, zâmbru şi tufărişuri de jneapăn şi rododendron;

6. Zonă alpină, 2000-2200m, cu tufărişuri pitice de Salix, Loiseleuria şi pajişti de Festuca supina, Carex curvula şi Juncus trifidus. În afara condiţiilor climatice generale există microclimate care depind de relief şi de vegetaţie.

3.3.2. Temperatura solului

Temperatura solului este rezultanta schimburilor energetice ale suprafeţei cu atmosfera precum şi rezultanta proceselor de transfer care determină distribuţia acestei energii în sol. Solul constituie un loc de acumulare a căldurii pe parcursul zilei şi sursă pentru încălzirea de suprafaţă pe durata nopţii. Fluxul de căldură către şi dinspre sol este un proces de conductivitate termică. Acest proces depinde de proprietăţile solului (porozitate, umiditate, conţinutul în materie organică). În sol, căldura este permanent transferată către adâncime (ziua) şi spre suprafaţă (noaptea). Ca urmare, suprafaţa solului este mai rece dimineaţa şi mai caldă după amiază.

Proprietăţile termice ale solului sunt greu de estimat deoarece solul este foarte eterogen din punct de vedere structural şi textural.

Cunoaşterea proprietăţilor termice ale solurilor are o importantă utilitate practică pentru agricultură, întrucât temperatura intervine în asigurarea condiţiilor normale de viaţă pentru plante şi microorganisme, precum şi în procesul de solificare.

Regimul termic al solului poate fi dirijat prin diverse metode precum: eliminarea excesului de apă prin drenaj, şanţuri de scurgere a apei, arături adânci etc.; efectuarea de lucrări de afânare pentru creşterea permeabilităţii; fertilizarea organică; mulcirea solului; realizarea perdelelor forestiere de protecţie etc

3.3.3. Temperatura apei mărilor şi a lacurilor

Temperaturile de la suprafaţa apelor sunt cuprinse între -2°C şi +32°C. Pe fundul lacurilor cu ape dulci temperatura este de +4°C.

Stabilirea temperaturii unei ape este un fenomen destul de complex care implică: un bilanţ radiativ şi un schimb de căldură cu atmosfera, fie prin conducţie directă, fie prin evaporare sau condensare. În condiţii uzuale cantitatea de căldură pierdută la suprafaţa apei prin evaporare este de 5-10 ori mai mare decât cea pierdută prin conducţie.

3.4. Răspunsul organismelor la variaţiile de temperatură

Acţiunea temperaturii a determinat la vieţuitoare numeroase adaptări care permit menţinerea unei bilanţ termic în care intrările de energie sunt egale cu pierderile. Transferul de energie calorică între mediu şi vieţuitoare se realizează direct prin energia radiantă a razelor solare, prin conducţie, prin convecţie, prin evaporare sau evapotranspiraţie.

Pentru fiecare organism există un interval optim de temperatură în care procesele metabolice se desfăşoară cu o intensitate maximă (acestea sunt cuprinse între 00-50°C). La plante există temperaturi optime pentru germinaţia seminţelor, fotosinteză, fructificare etc. (optimul trebuie interpretat însă în legătură şi cu ceilalţi factori ecologici).

Dezvoltarea şi activitatea indivizilor din diferite specii începe la o anumită temperatură minimă (temperatura zero a dezvoltării) şi poate continua până la atingerea unei temperaturi maxime. Temperaturile cuprinse între minim şi maxim se numesc temperaturi eficiente. Cantitatea totală de căldură necesară pentru dezvoltarea unui organism reprezintă suma temperaturilor eficiente. Aceasta se poate determina pentru fiecare specie astfel:

C=(T-T1)N, în care T – temperatura zilnică,

T1 – temperatura corespunzătoare limitei minime, N – durata în zile.

Legea sumei temperaturilor zilnice efective arată că, dacă într-o regiune nu este întrunită suma de zile grade necesară populaţiei date pentru a-şi desăvârşi dezvoltarea şi reproducerea, specia nu se va putea instala în locul dat. Dar, dacă această sumă a temperaturilor este suficient de mare, specia va avea mai multe generaţii pe an, fapt ce implică creşterea rolului speciei în circulaţia şi transformarea materiei şi energiei în ecosistem.

În cazul creşterii microorganismelor efectul temperaturii este corelat cu acţiunea acestuia asupra reacţiilor lor enzimatice. Viteza celor două procese creşte progresiv pe măsură ce temperatura se ridică, până atinge un nivel optim. Peste această limită, viteza lor scade, până când enzima este denaturată de temperatura ridicată. La microorganisme nu se poate vorbi despre o temperatură optimă pentru o anumită specie, ci o temperatură optimă pentru fiecare din activităţile ei biologice.

Plantele reacţionează la acţiunile dăunătoare ale temperaturilor nefavorabile, prin mecanisme anatomo – morfologice (de ex. portul pitic, reducerea raportului suprafaţă/volum, culori deschise ale tulpinilor etc.) şi fiziologice de reglare a temperaturii (reglarea intensităţii transpiraţiei, acumularea de săruri sau zaharuri în celule etc.).

Orice temperatură extremă poate distruge membranele celulare. Temperaturile ridicate destabilizează membranele şi denaturează multe proteine (în special unele enzime ce participă la procesul de biosinteză). Temperaturile scăzute determină pierderea fluidităţii membranelor şi alterarea permeabilităţii acestora, iar cele foarte scăzute, sub punctul de îngheţ, determină formarea cristalelor de gheaţă care pot străpunge organitele şi membranele plasmatice. Un mecanism de adaptare al plantelor la temperaturi scăzute constă în modificarea compoziţiei acizilor graşi din membrane, iar în cazul unor temperaturi foarte scăzute în producerea proteinelor de şoc termic. Acestea sunt produse şi în cazul unor temperaturi ridicate.

În funcţie de cerinţele faţă de temperatură plantele se grupează astfel: megaterme - temperatură peste 20°C în tot timpul anului (ex.

palmierii); mezoterme - temperaturi medii de 15-20°C (măslinul, lămâiul,

dafinul); microterme - vegetează bine la temperaturi mici de 0-15°C (ex.

coniferele); hekistoterme - condiţii polare, rezistă la temperaturi scăzute.

La animale, influenţa temperaturii este mult mai evidentă. Pentru fiecare populaţie/ organism se distinge o temperatură optimă la care procesele metabolice se produc cu cele mai mici pierderi de energie (acestea sunt cuprinse între 0°-50°C). De exemplu, pentru broasca ţestoasă de apă europeană, temperatura optimă pentru obţinerea ambelor sexe în proporţii relativ egale, este de 29°C, iar dacă aceasta este mai mică, se vor obţine mai mulţi masculi; peste această temperatură vor fi mai multe femele.

Organismele se clasifică în: homeoterme (cele ce îşi menţin aproximativ constantă temperatura

corpului - majoritatea păsărilor şi a mamiferelor); poikiloterme (speciile la care temperatura corpului se modifică odată

cu fluctuaţiile termice ale mediului exterior – nevertebrate, peşti, amfibieni, reptile). La multe organisme poikiloterme temperatura mediului extern constituie factorul limitant şi condiţionant al numărului de generaţii .

După modul de reglare al temperaturii corpului organismele sunt: organisme endoterme - capabile să producă căldură internă pentru

a-şi ridica temperatura corpului (pasările şi mamiferele); organisme ectoterme - care se bazează pe sursele externe de căldură

pentru creştere temperaturii corpului (reptilele, protozoarele).Endotermele menţin o temperatură internă ridicată prin generarea căldurii

metabolice. Pe timp rece, activitatea musculară crescută prin tremur ori exerciţii simple constituie un mecanism de creştere a producţiei de căldură metabolică. La multe specii chiar temperatura hipotalamusului reprezintă o importantă sursă de informaţie-feed-back pentru termoreglare. De exemplu, răcirea hipotalamusului determină ca peştii şi reptilele să perceapă temperatura ambientală ca fiind mai mică decât în realitate, iar încălzirea acestuia are efectul contrar. La mamifere, răcirea hipotalamusului poate stimula constricţia vaselor de sânge ce alimentează pielea şi creşterea activităţii metabolice. Ca urmare, determină creşterea temperaturii corpului. Din contră, încălzirea hipotalamusului stimulează dilatarea vaselor de sânge ce alimentează pielea, apariţia transpiraţiei şi astfel temperatura generală a corpului scade.

Unele animale endoterme, cum ar fi vulpea arctica (vulpea argintie) sunt ,,specialişti,, ai vremii reci. Strategia lor evidentă împotriva temperaturilor scăzute este izolarea datorată prezenţei unui strat gros de blană. Se cunoaşte însă şi faptul că în cazul scăderii temperaturii are loc o creştere a longevităţii şi a taliei organismelor. Exemplul tipic în acest sens este cel al variaţiei dimensiunilor la diferite specii de vulpi

Animalele acvatice se bazează predominant pe stratul de grăsime pentru izolarea termică, deoarece blana îşi pierde mult din capacităţile izolatoare odată cu intrarea în apă.

Altă strategie pentru vremea rece o constituie scăderea temporară a ratei metabolismului şi a temperaturii corpului. Aceasta scădere controlată a temperaturii corpului duce la scăderea diferenţei de temperatură dintre corpul animalului şi aer minimizând astfel pierderea de căldură. Mai mult, având o rată de metabolism scăzută este mai economică din punct de vedere energetic.

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute, organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora. De exemplu, larvele unor chironomide pot supravieţui în gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de îngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular. Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci, de la latitudini mai mari, sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare, sau acizi graşi nesaturaţi.

Există un număr restrâns de specii, care posedă adaptări deosebite ce le asigură conservarea indivizilor la temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate. Este vorba despre starea de criptobioză (kryptos – ascuns) sau anabioză, când procesele metabolice ale organismului aproape încetează urmând ca acestea să fie reluat în condiţii corespunzătoare (unele bacterii, ciuperci, seminţe, cerealele păioase de toamnă sub zăpadă).

Alte animale, cum sunt veveriţele de pământ, iau măsuri mult mai drastice. Ele hibernează în timpul lunilor din anotimpul rece, scăzându-şi temperatura corpului la o valoare puţin superioară temperaturii mediului înconjurător.

Contrar credinţei populare, urşii nu sunt adevăraţi hibernanţi deoarece ei suportă doar o scădere uşoară a temperaturii corpului, iar această activitate poate fi considerată doar un somn adânc.

Organismele ectotermele care se bazează cel mai mult pe sursele externe de căldură, adoptă strategii foarte diferite în timpul frigului. Ele au un sistem de izolare foarte slab sau absent. Acest lucru le ajută să capteze uşor căldură din mediu în perioadele calde, dar constituie un impediment în timpul perioadelor reci. Fără a avea capacitatea de a preveni pierderea de căldură în vremea rece, ectotermele s-au adaptat fie să tolereze îngheţul, fie să trăiască în medii extrem de reci fără să apară cristale de gheaţă în corpul lor. Animalele intolerante la îngheţ (sensibile la îngheţ) cum sunt mulţi peşti antarctici, evită îngheţul prin prezenţa unor compuşi anti-îngheţ în organismul lor.

În cazul microorganismelor, la temperatura minimă de dezvoltare, metabolismul este scăzut, iar ritmul de creştere şi diviziune celulară este încetinit. În cazul unor bacterii, intervalul dintre două diviziuni poate creşte de la 20 minute la 6-7 ore.

Limita inferioară a temperaturilor minime este considerată a fi temperatura de -5°C, întrucât punctul de congelare al constituenţilor celulari este mult mai scăzut decât cel al apei pure, în prezenţa moleculelor organice şi minerale pe care le conţin în soluţie. Temperatura optimă este aceea la care dezvoltarea populaţiei de microorganisme se face la modul cel mai intens, cu alte cuvinte, are ca rezultat formarea celui mai mare număr de celule într-un timp dat. Această valoare nu coincide însă cu aceea a temperaturilor optime pentru diferite activităţi fiziologice ale celulei sau cu viteza de fermentaţie sau de acumulare a unui produs de metabolism. Temperatura maximă de dezvoltare este, de obicei, cu 10-15°C mai mare decât temperatura optimă a microorganismului respectiv.

În funcţie de temperaturile lor de dezvoltare, microorganismele se pot clasifica în:

Criofile – reprezentate de bacterii şi levuri izolate din solurile îngheţate, zăpadă şi gheaţă, suprafaţa şi intestinul unor peşti marini, fecalele de pescăruş şi foci. Mecanismele termoreglabile nu sunt cunoscute, sunt însă în literatură prezentate unele ipoteze. Criofilele, în mediile oceanice, pot permite utilizarea eficientă a nutrienţilor disponibili; unele bacterii criofile pot avea efect în recircularea şi utilizarea chitinei, foarte rezistentă la degradare; pot fi sursă de

hrană, dar în acelaşi timp pot avea efect negativ asupra alimentelor conservate prin frig.

Mezofile – se dezvoltă la temperaturi cuprinse între 25-40°C. În această categorie sunt incluse microorganismele patogene pentru om şi animale. Nu se dezvoltă la temperaturi sub 10°C datorită inactivării unor procese metabolice.

Termofile. Din această categorie fac parte microorganismele prezente la suprafaţa solurilor însorite (50-70°C), în produsele însilozate care fermentează (60-65°C), în apele termale, compost etc. Nici în cazul lor, nu sunt explicate în mod clar mecanismele moleculare ale termofiliei. Ele pot dezvolta activităţi fermentative, dar şi unele particulare: celulozoliză, reducerea sulfaţilor, utilizarea hidrocarburilor etc.

Hipertermofile – se dezvoltă la temperaturi cuprinse între 80-110°C şi pot fi întâlnite în efluenţii fierbinţi ai staţiilor geotermale, regiunile hidrotermale submarine, anaerobe.

44

Apa în ecosistem

4.1. Consideraţii generale

Ca factor ecologic, apa reprezintă componentul esenţial al materiei vii (în mod curent 65-80% din biomasă) participând la toate procesele fiziologice şi biochimice.

Cea mai mare parte din suprafaţa globului este reprezentată de ape, oceanele ocupând 70,8% - 361 milioane km2. Apa are o distribuţie diferită în timp şi spaţiu ceea ce creează condiţii foarte diverse. Dacă în emisfera nordică suprafaţa oceanului este cu 54 milioane km2 mai mare decât cea a uscatului (1,53%), în emisfera sudică aceasta depăşeşte de 4,28 ori suprafaţa uscatului.

Apa contribuie la zonarea latitudinală şi altitudinală a vegetaţiei şi la împărţirea zonelor mari în subzone. Cantitatea totală anuală de apă din precipitaţii determină caracterul general al ecosistemului astfel: o cantitate de 0-250 mm precipitaţii căzută anual caracterizează o zonă de deşert, 250-750 mm – stepa, savana, 750-1250 mm – pădurile din zonele umede, >1250 mm – pădurile ecuatoriale

4.2. Circuitul apeiApa este supusă unui proces continuu de circulaţie, având o componentă

atmosferică în care predomină faza gazoasă şi una terestră, în care predomină fazele lichide şi solide.

Circuitul biogeochimic al apei presupune ansamblul transformărilor apei (sub formă lichidă sau vapori) între continente, oceane şi atmosferă. El este influenţat de o serie de factori care condiţionează anumite procese fizice şi chimice din atmosferă, determinând umiditatea atmosferică şi chiar climatul regiunii respective. Factorii care alcătuiesc baza circuitului apei în natură sunt: evaporaţia, condensarea şi precipitaţiile.

Evaporaţia este procesul natural prin care apa din hidrosferă, litosferă şi biosferă, în contact direct cu aerul atmosferic se transformă în vapori, trecând în învelişul gazos al Pământului. Transformarea este însoţită de consum de energie care este preluată din mediu (se exprimă ca flux de căldură latentă – Jm -2sec-1). Prin evaporaţie se restituie atmosferei un însemnat procent de apă pe care aceasta a pierdut-o prin precipitaţii. Când fenomenul se produce direct de la suprafaţa apei vorbim de evaporaţie potenţială, iar când se produce de la suprafaţa solului şi a învelişului vegetal, de evapo-transpiraţie. Evaporaţia

potenţială este mai intensă în anotimpurile calde şi descreşte de la tropice - ecuator spre cei doi poli. Cantitatea de apă care se evaporă la nivelul unei suprafeţe depinde de radiaţia netă la nivelul suprafeţei, temperatură, viteza vântului, deficitul de saturaţie, presiune atmosferică etc.

Condensarea este procesul care are loc în atmosferă, acolo unde surplusul de vapori ajunşi la saturaţie, la o temperatură scăzută, se transformă în picături de apă, sau sublimează, sub forma unor mici cristale de gheaţă. Procesul condensării (respectiv al sublimării) înregistrează mai întâi o fază de formare a norilor şi a ceţii şi, apoi, o fază de formare a precipitaţiilor. A doua fază nu este absolut obligatorie, de foarte multe ori, condensarea oprindu-se la faza de ceaţă-nori (norii iau naştere prin condensarea sau cristalizarea vaporilor de apă)

Precipitaţiile reprezintă apa care cade pe pământ, cu durată şi intensităţi diferite, din atmosfera saturată în vapori. Prin precipitaţii înţelegem: ploaia, zăpada, grindina, roua, bruma, chiciura (promoroaca). Precipitaţiile atmosferice constituie sursa apelor curgătoare, precum şi a apelor subterane (prin procesul de infiltraţie).

In cadrul circuitului apei, pe lângă fenomenele amintite anterior, un rol important îl au scurgerile superficiale. Acest fenomen creşte în intensitate pe măsură ce creşte panta terenului şi uneori are un efect nedorit – provoacă eroziunea solului. De asemenea, nu sunt de neglijat infiltrările şi curgerile subterane.

O dată cu acest circuit sunt antrenate în circulaţie şi substanţe solubile care astfel ies din ecosistem. Intrările şi ieşirile variază ca intensitate şi volum în funcţie de categoriile de ecosisteme şi de variaţiile sezoniere ale climei.

Fiecare ecosistem are un bilanţ hidric propriu. Menţinerea echilibrului dintre intrări şi ieşiri a condus în timp, la dezvoltarea unor adaptări morfologice, fiziologice şi comportamentale ale vieţuitoarelor pentru a permite supravieţuirea populaţiilor.

4.3. Apa în atmosferă

În atmosferă, apa se găseşte în toate cele trei stări de agregare: gazoasă (vapori de apă), lichidă (ploaie, nori, ceaţă, rouă) şi solidă (zăpadă, gheaţă, grindină). Transformările dintr-o stare în alta care au loc în mod continuu sunt însoţite de consum sau eliberare de energie

Umiditatea atmosferică reprezintă cantitatea de apă existentă la un moment dat în atmosferă sub formă de vapori şi poate fi exprimată în două moduri:

umiditate absolută (Uabs) reprezintă cantitatea (greutatea) de vapori de apă conţinută la un moment dat de unitatea de volum de aer (g. vapori de apă/m3 de aer). Aceasta creşte odată cu temperatura.

umiditatea relativă, Urel - (%) reprezintă cantitatea de vapori existentă în aer, raportată la cantitatea de vapori din aerul saturat, în condiţii date de temperatură şi presiune sau raportul procentual faţă de presiunea maximă a vaporilor de apă existenţi în atmosferă la o temperatură dată.

Deficitul de saturaţie reprezintă diferenţa dintre umiditatea maximă (Um) şi cea absolută. Acesta caracterizează intensitatea de evaporare a apei şi intensitatea transpiraţiei. Cu cât deficitul de saturaţie este mai mare, cu atât

aerul este mai uscat, iar intensitatea de evaporare a apei şi intensitatea transpiraţiei este mai mare.

Pentru speciile terestre, umiditatea aerului are o importanţă deosebită deoarece ea condiţionează intensitatea transpiraţiei şi prin urmare consumul de apă al plantelor, atacurile agenţilor patogeni etc.

Ploaia reprezintă cea mai importantă sursă de apă şi are o mare influenţă asupra ecosistemelor prin cantitate, repartiţie, durată şi torenţialitate. O ploaie este utilă dacă ea poate fi utilizată de către plante deoarece, în anumite situaţii, cantităţi importante se pierd prin scurgere la suprafaţă sau prin percolare. Ploaia utilă este acea fracţiune din totalul precipitaţiilor care este interceptată efectiv de vegetaţie şi/sau este stocată în orizontul de sol explorat de rădăcini şi care este utilizată în evapotranspiraţia sistemului sol-plantăZăpada protejează plantele şi solul de temperaturile scăzute din timpul iernii,iar primăvara, prin topire, îmbibă solul cu apă menţinându-l rece, întârziind intrarea rapidă a plantelor în vegetaţie, ceea ce le-ar expune pericolului îngheţurilor târzii.

Roua şi ceaţa - pun la dispoziţia plantelor cantităţi mici de apă (cca. 10% din precipitaţiile anuale) dar sunt importante pentru că au o anumită ritmicitate.

4.5. Apa din sol

Apa din sol şi apa subterană determină regimul hidric al solului şi are influenţe asupra organismelor vii. Apa gravitaţională formează - stratul acvifer periodic al solului, iar cea subterană, prin poziţia şi natura ei poate influenţa negativ sau pozitiv organismele vii.

Apa din sol se poate găsi în diferite forme, fiecare având însuşiri diferite: apa liberă este apa din porii solului care se află în afara forţelor de

sorbţie ale particulelor de sol. Ea poate fi: capilară (apa reţinută de porii capilari cu diametru sub 1 mm) care are cea mai mare importanţă pentru plante, întrucât este uşor mobilă şi gravitaţională (apare când apa care se acumulează în sol depăşeşte nivelul corespunzător apei capilare).

apa legată fizic este apa adsorbită la suprafaţa particulelor de sol. Cantitatea de apă adsorbită depinde direct de structura solului, textura

acestuia, dar şi de caractere macroscopice precum panta şi drenaj. Un sol „echilibrat” conţine 28-30% apă, un sol nisipos-15%, un sol argilos-40%, turba -60%. Conţinutul de apă din sol este într-o permanentă schimbare.

Întrucât apa din sol se află sub influenţa diferitelor forţe, care îi afectează mobilitatea şi accesibilitatea, plantele folosesc numai o parte din această apă, de regulă, cea care se află în intervalul umidităţii active (I.U.A). Acest indicator este cuprins între valorile corespunzătoare capacităţii de câmp şi ale coeficientului de ofilire.

Conţinutul solului în apă influenţează puternic activitatea microorganismelor din sol. S-au demonstrat modificări importante atât în compoziţia sistematică cât şi în activitatea microorganismelor odată cu variaţia umidităţii din sol. Activitatea biologică globală a unui sol tinde să scadă odată cu scăderea conţinutului de apă, dar contrar celor întâlnite la plante, punctul de ofilire (PF-4,2) nu constituie un prag indicator al încetării activităţii microbiene.

Apa din sol acţionează ca solvent pentru nutrienţii minerali, dar şi pentru unii poluanţi, influenţează mişcarea gazelor (un sol slab drenat este slab oxigenat), pHetc.

Apa are un rol hotărâtor în procesul de formare al solului. Astfel, procesele de dezagregare şi alterare, formarea de noi minerale, formarea humusului şi a orizonturilor de sol, numeroase reacţii chimice depind de prezenţa apei. Apa

influenţează desfăşurarea tuturor proceselor fizice, fizico-chimice şi biologice care determină fertilitatea solului.

Biotopul acvaticCurenţii oceanici prezintă importanţă deoarece modifică uniformitatea

relativă a condiţiilor de mediu. Realizează în funcţie de direcţia lor şi de nivelul la care apar amestecul unor mase de apă, amestecul nutrienţilor săi precum şi o redistribuire a microbiotei.

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adâncime este reprezentat de fenomenul de upwelling (up - în sus, well - izvor). Este o deplasare pe verticală a maselor de apă determinată de acţiunea vântului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale, acestea fiind înlocuite de mase de apă de adâncime, mai reci. Curenţii vehiculează cantităţi importante de nutrienţi către suprafaţă.

Mareea este o formă de oscilaţie regulată şi ritmică a nivelului oceanului planetar, materializată prin creşterea nivelului (flux) şi scăderea (reflux), în fiecare zi şi în acelaşi loc. Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atât în oceane cât şi în mările deschise şi în golfuri. Mareele evoluează cu o periodicitate de 12 ½ ore şi sunt determinate de atracţia gravitaţională a Lunii şi a Soarelui.

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate de-a lungul ţărmurilor în care mişcarea ciclică a apei aduce cantităţi importante de nutrienţi. Speciile prezente în acestea au adaptări speciale pentru viaţa în astfel de condiţii.

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Niño, fenomen ce se produce în Oceanul Pacific atunci când temperatura este neobişnuit de ridicată, de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru, cauzând ample perturbaţii climatice. El Niño determină perturbarea climatului atunci când suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult. În mod normal apele din zona tropicală, vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decât cele din zona estică. Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinând o umiditate mai crescută, apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud - estului Asiei, Noua Guinee şi nordul Australiei. În Pacificul de Est temperatura apei este scăzută, presiunea atmosferică ridicată determinând condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud. Direcţia predominantă a vântului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducând astfel apele mai reci la suprafaţă în zona estică. În timpul manifestării fenomenului El Niño, vânturile predominante de est încetează sau chiar îşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca înainte. Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează înapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud. Ca urmare, climatul umed existent în mod normal în vestul Pacificului se mută spre est, determinând căderi masive de precipitaţii în America de Sud şi condiţii de secetă în Asia de Sud-Est, India şi Africa de Sud. Episodul La Niño se produce în condiţii opuse El Niño, când vânturile şi curenţii tropicali sunt de obicei puternici. Durata El Niño este de aproximativ 18 luni.

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe, afectând diverse populaţii acvatice, precum şi numeroase ecosisteme terestre. Curentul cald El Niño a produs încălzirea apelor determinând moartea planctonului urmată de dispariţia peştilor şi moartea păsărilor ihtiofage. Recent, curentul El Nina a răcit din nou apele determinând o nouă acumulare de hrană, dar în loc să se producă o aglomerare a bancurilor de peşte, aceştia s-au dispersat.

Apele curgătoare reprezintă un ecosistem acvatic de apă dulce şi definesc - mediul lotic.

Pe cursul unui râu sau fluviu, viteza apei poate varia între 10 cm/sec (râu lent) la > 100 cm/sec (torente). Viteza este inegal repartizată (este mare în amonte, la izvor şi mică în aval). Dacă viteza este > 50 cm/sec multe organisme care populează aceste medii sunt antrenate de curentul de apă, ele rezistând numai dacă au capacitate de aderenţă la substrat. Peştii se comportă diferit, ei având tendinţa de a înota împotriva curentului de apă. Temperatura apei variază în funcţie de perioada din zi, sezon, altitudine şi de conţinutul în oxigen dizolvat (cantitatea mai mare se află spre izvoare şi scade progresiv spre aval).

4.7. Influenţa apei asupra organismelor

Conţinutul în apă al din plante este destul de ridicat în perioada activităţii vitale: alge – 96-98%, iarbă – 83-86%, tulpinile arborilor – 40-55%, tuberculii de cartof – 74-80% , în tomate - 90 %; în mere - 85 %; în castraveţi - 95 %; în pepeni verzi - 96 % etc. , în timp ce în seminţele uscate ea scade la aproximativ 10-15% din greutate.

Apa este indispensabilă plantelor. Ea participă în mod direct sau indirect la toate procesele fiziologice şi biochimice care se petrec în plantă, influenţează ritmul de creştere al rădăcinilor etc. Pentru plantele terestre sursa de aprovizionare cu apă o reprezintă solul care funcţionează ca un rezervor pentru apa provenită din precipitaţii. Plantele pot utiliza apa existentă în sol în două moduri: fie se deplasează către rădăcina plantelor, fie rădăcina plantelor creşte către zona de sol aprovizionată cu apă. Nu toată apa care se găseşte în sol este accesibilă plantelor, aceasta deoarece forţa de absorbţie a acesteia de către rădăcini este mai mică decât forţa de reţinere la nivelul particulelor de sol sau în micropori. Pe durata perioadei de vegetaţie, plantele au cerinţe diferite faţă de apă. Sunt unele faze, numite critice, în care lipsa apei poate determina reducerea biomasei şi respectiv a productivităţii biologice.

Fiecare ecosistem are un bilanţ hidric propriu. Menţinerea echilibrului dintre intrări şi ieşiri a condus în timp, la dezvoltarea unor adaptări morfologice, fiziologice şi comportamentale ale vieţuitoarelor pentru a permite supravieţuirea populaţiilor.

După cerinţele faţă de apă, organismele se clasifică în: hidrofite/ hidrofile - care se întâlnesc în locuri cu umiditate excesivă

şi suportă variaţii mici de umiditate, de exemplu: piciorul cocoşului (Ranunculus aquatilis), săgeata apei (Sagittaria sagittifolia), râma etc.;

mezofite/mezofile - care ocupă biotopuri cu umiditate moderată, suportând variaţii mari ale umidităţii în sol; de exemplu: plantele din pajiştile naturale ale zonei temperate (Festuca rubra, Dactylis glomerata etc.), arborii cu frunze caduce, plantele de cultură şi buruienele, unii amfibieni (Salamandra salamandra, Hyla arborea). Plantele încadrate în această grupă au o rezistenţă limitată la seceta atmosferică.

xerofite/xerofile – speciile care trăiesc în zone aride, cu un deficit permanent sau temporar de umiditate atât în aer cât şi în sol. Speciile vegetale se caracterizează prin diverse tipuri de adaptări: morfologice (dezvoltarea unui sistem radicular profund, care să permită folosirea apei din zonele inaccesibile), anatomo-histologice (reducerea transpiraţiei prin reducerea suprafeţei foliare, închiderea

stomatelor etc.), chimice (creşterea presiunii osmotice a sevei), fenologice (adaptări ce privesc ciclul biologic al plantelor).

Speciile xerofite se împart în 2 grupe: suculente – cactuşii, aloe (fam Liliacee), agava (Fam Amarilidaceae) tipic xerofite – cresc în stepe: pelinul (Artemisia absinthium), pirul

crestat (Agropyron cristatum).Organismele acvatice specifice apelor curgătoare au dezvoltat o serie de

adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei. Dintre acestea menţionăm:

aplatizarea dorso-ventrală întâlnită la stadiile acvatice ale unor insecte, insecte acvatice şi moluşte, adaptare ce permite reducerea forţei de antrenare şi creşterea unei componente a acestei forţe ce tinde să menţină organismul pe substrat;

transformarea unor aparate sau organe în ventuze sau cârlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (diptere, chironomide şi chiar peşti: guvidul de apă dulce, peştii remora etc.);

construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lângă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere);

reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi în consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

În funcţie de cerinţele plantelor faţă de pH acestea pot fi grupate astfel: Specii acidofile – suportă bine pH-ul scăzut: Specii slab acidofile (pH = 6,8–6,0). Ex.: Polygonatum verticillatum,

Ranunculus carpaticus, Scrophularia nodosa, Stellaria nemorum, Symphytum cordatum.

Specii moderat acidofile (pH = 6,0–5,0). Ex.: Corallorhiza trifida. Specii puternic acidofile (pH = 5,0–4,5). Ex.: Polystichum lonchitis. Specii excesiv acidofile (pH = 4,5–4,0). Ex.: Vaccinium myrtillus. Specii extrem acidofile – cresc pe soluri cu pH sub 4,0. Ex:

Polytrichum commune, Vaccinium vitis-idaea. Specii neutrofile – sunt adaptate să se dezvolte pe soluri neutre (pH

= 7,2–6,8). Ex.: Polygonatum latifolium, Solanum dulcamara, Stachys sylvatica, Valeriana officinalis.

Specii bazifile (alcalinofile) – cresc pe soluri cu valori ridicate ale pH-ului (pH = 6,8–8,5). Ex.: Bupleurum falcatum.

Specii euriacidofile (indiferente) – suportă variaţii largi de pH, fără să le fie afectată creşterea, dezvoltarea şi reproducerea.

pH poate exercita o influenţă directă asupra distribuţiei şi abundenţei organismelor şi, de asemenea, contribuie indirect la disponibilitatea nutrienţilor şi/sau concentraţia toxinelor. Cantitatea redusă de apă din anumite zone a determinat apariţia unor adaptări şi la animale. Dintre acestea amintim: reducerea cantităţii de urină, reducerea transpiraţiei, consumul de hrană vegetală, unele insecte îşi reglează pierderea de apă prin respiraţie prin controlul activităţii orificiilor spiraculare .

Unele specii de animale au dezvoltat o serie de adaptări comportamentale care le permit să supravieţuiască în perioadele de secetă. De exemplu, în ciclul de viaţă al amfibienilor o parte sau chiar toată perioada de adult se petrece pe pământ, dar adulţii se întorc în apă pentru a-şi depune ouăle.

Termitele şi alte insecte care trăiesc în sol trebuie să supravieţuiască perioadelor umede, ploioase. Termitele subterane intră într-o stare de inactivitate pe perioadele prelungite de inundaţie.

Apa este necesară pentru activitatea microorganismelor. Apa adsorbită pe diferite suprafeţe poate fi disponibilă sau nu, în funcţie de gradul de adsorbţie şi/sau de eficienţa cu care microorganismele o pot prelua. Valorile minime sau limitante ale apei la care bacteriile se mai dezvoltă sunt esenţiale deoarece ele condiţionează supravieţuirea acestora în natură. Spre deosebire de levuri şi de unele mucegaiuri, bacteriile (cu unele excepţii) sunt puţin tolerante la activităţi mici ale apei. Metabolismul microorganismelor încetează la o activitate a apei de 0,60-0,65, cu toate că unele dintre acestea, xerotolerante (celulele cu perete celular gros, sporii, chiştii etc.) pot supravieţui în condiţii de uscăciune.

Atât solurile uscate, cât şi cele umede limitează dezvoltarea microorganismelor. Bacteriile sunt în general mai sensibile, ele devenind inactive când solul argilos conţine mai puţin de 12% apă. De asemenea, nitritificarea este mult afectată de excesul de umiditate, care stimulează procesul de denitritificare. Fungii sunt mai rezistenţi la uscăciune. Nevoia de apă este diferită în funcţie de specii şi de faza de dezvoltare (creştere miceliană, germinarea sporilor, diseminare). Unii fungi (Pytium ultimum) se dezvoltă în soluri foarte umede, alţii în soluri foarte uscate (Aspergillus, Penicillium etc.), iar alţii sunt indiferenţi la variaţiile de umiditate (Fusarium, Trichoderma etc.).

Comportamentul diferit determină natura populaţiei fungice în natură şi într-o oarecare măsură explică limitarea unor boli la anumite regiuni .

În funcţie de nevoile minime de apă microorganismele se împart în următoarele grupe:

hiperxerofile, al căror prag este superior valorii PF- 4,9 (microorganismele amonificatoare, amilolitice);

xerofile, PF -4,9-4,2 (microorganismele care degradează celulaza, oxidează sulful etc.);

higrofile, PF inferior valorii PF-2 (microorganismele care fixează azotul, o parte din nitrificatorii sulfatului de amoniu etc.).

55

Biocenoza în constituirea ecosistemului

Biocenoza este alcătuită din totalitatea organismelor care îşi desfăşoară activitatea pe un anumit biotop, la care acestea sunt adaptate şi între care există diferite relaţii ce conferă comunităţii o coeziune sistemică. Acest lucru permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un întreg.

5.2. Componentele trofice ale biocenozei

În cazul biocenozei, între specii se stabilesc multiple legături de natură diferită: reproducere, răspândire, apărare, hrană. Dintre acestea, cele mai importante considerăm că sunt legăturile trofice, întrucât stau la baza circuitului materiei în ecosisteme şi sunt un important factor de reglare a densităţii organismelor.

Ansamblul de relaţii trofice stabilite între speciile biocenozei constituie structura trofică a acesteia, iar partea ecologiei care se ocupă cu studiul structurii trofice, compoziţia şi volumul de hrană al diferitelor specii constituie trofoecologia.

În structura unei biocenoze, speciile sunt grupate pe trei mari grupe funcţionale: producători, consumatori (de diferite ordine) şi reducători (descompunători).

Producătorii sunt reprezentaţi de două categorii majore de organisme:1. fotosintetizante - reprezentată de plantele verzi terestre, macrofitele

acvatice şi de microorganismele fotosintetizante,2. chemosintetizante - reprezentată de procariotele chemoautolitrofe.Organismele fotosintetizante captează energia solară şi folosind diferiţi

compuşi anorganici fac sinteză de constituienţi celulari, stocând energia sub formă de legături chimice în molecule organice.

Microorganismele fotosintetizante sunt reprezentate de algele microscopice şi de bacteriile fotosintetizante. Microalgele au un rol deosebit în ecosistemele acvatice. Bacteriile fotosintetizante fac parte din 2 grupuri şi anume:

- Oxyphotobacteria - include procariotele capabile de fotosinteză de tipul celei efectuate de plantele verzi: Cyanobacteriales, Prochlorophyta şi Halobacterium şi,

- Anoxyphotobacteria – include procariotele care fac fotosinteză anoxigenică: bacterii nesulfuroase, purpurii (Athiorhodaceae), bacterii sulfuroase, purpurii (Thiorhodaceae), bacterii fototrofe obligate (fam. Chlorobiaceae) şi bacterii flexibile, filamentoase (Chloroflexaceae).

Organismele chemosintetizante sunt capabile să utilizeze energia chimică pentru a produce substanţe organice complexe din substanţele anorganice, însă rolul lor de producători se limitează la anumite condiţii de mediu. Dintre cele mai cunoscute amintim:

a. bacteriile nitritificatoare –prezente în soluri, ape dulci şi sărate, în sistemele de epurare a apelor uzate care cuprind: nitritbacteriile: Nitrosomonas, Nitrosolobus etc.-ce oxidează NH3 până la nitriţi; nitratbacteriile: Nitrobacter, Nitrospira - care oxidează nitriţii până la nitraţi. În ambele procese se eliberează energie. În natură, aceste bacterii intervin în circuitul azotului, transformând NH3 în HNO3 şi azotaţi netoxici.

b. bacterii sulfuroase, din genul Thiobacillus – oxidează compuşii minerali ai sulfului. Ele se găsesc pe fundul apelor stătătoare. Sursa lor de energie o constituie hidrogenul sulfurat (H2S) pe care îl transformă în sulf (S), acid sulfuros (H2SO3) şi acid sulfuric (H2SO4). Ele elimină toxicitatea hidrogenului sulfurat (H2S) şi redau în circuitul biologic oxidul de sulf (SO2-), care nu este toxic şi care este asimilat de plante.

c. bacteriile feruginoase –populează mediile acide şi au rolul de a oxida sărurile feroase în compuşi ferici.

d. hidrogenbacteriile – răspândite în medii puţin aerisite. Acestea oxidează hidrogenul (H2).

Alte bacterii, cu un rol deosebit: Thiomicrospira pelophila ş.a. dezvoltate în mediile submarine, la

adâncimea de peste 2500 m, o temperatură de până 350C şi presiuni corespunzătoare ridicate. Aflate în stare liberă sau în endosimbioză cu nevertebratele marine, ele realizează sinteze organice, folosind energia rezultată din oxidarea H2S şi a altor sulfuri, fiind singura bază trofică a faunei abisale.

Bacteriile chimiosintetizante dezvoltate în peşteri, care oxidează după caz S, H2S, sulfuri metalice, H2, Fe2- etc. şi care utilizează o parte din energia potenţială pentru asimilarea CO2.

Consumatorii, organisme heterotrofe, pot fi:1. primari sau fitofagele - organisme care consumă hrană vegetală. Ei sunt

reprezentaţi de: virusurile plantelor (virusul mozaicului tutunului); bacteriile care infectează plantele spontane şi de cultură; ciupercile parazite pe plante (tăciunele porumbului - Ustilago maydis; mălura grâului – Puccinia graminis); plantele superioare parazite pe plante (Orobanche, Cuscuta) şi semiparazite

(vâscul); animale fitofage (în ape: peşti ca roşioara, scoici, melci etc.; pe uscat – melci, insecte, păsări care se hrănesc cu fructe şi seminţe, ierburi: forfecuţa, botgrosul, piţigoii etc., mamifere rozătoare şi erbivore. Toate aceste organisme îndeplinesc funcţia de punere în circulaţie a hranei produse de plante şi transformarea acesteia în hrană animală, respectiv bacteriană.

2. consumatori secundari - sunt reprezentaţi de bacteriofagi, virusurile animalelor, ciupercile parazite pe animale, animalele zoofage (în ocean-rechinii, în apele continentale peştii răpitori - şalăul, ştiuca, păsări ichtiofage - cormoranii, stârcii, pe uscat – păianjeni, insecte răpitoare, viermi paraziţi, reptile, păsări insectivore-rândunica şi răpitoare - bufniţa, mamifere carnivore – vulpea. Aceştia împiedică pierderea energiei, distrugerea substanţei organice şi deci contribuie la creşterea productivităţii biosferei.

3. consumatori terţiari – carnivorele de vârf, nu sunt consumate de nici un fel de animale (Ex. vulturul, râsul, leul, nisetrul, ştiuca). Ei utilizează ultimele resurse energetice ale substanţei vii după transformările suferite în biosferă.

4. Saprofagele – specii care se hrănesc cu substanţă organică moartă, animală sau vegetală pe care nu o transformă în materie anorganică. Ele repun în circulaţie substanţa şi energia care altfel ar fi fost degradată imediat de descompunători (râmele, groparii, bacteria Pseudomonas fluorescens, ciuperca Mucor mucedo - mucegaiul alb etc.).

Descompunătorii – organismele care prin procese de oxidare şi/sau reducere, transformă substanţa organică moartă, reducând-o la starea de substanţă anorganică (bacteriile şi ciupercile microscopice).

5.3. Lanţul trofic.

Studiul lanţurilor trofice şi a reţelelor trofice au fost în atenţia multor ecologi (Elton 1927; Lawton,1995;Wilbur, 1997; Havens K., 1992, Post 2002).

Lanţul trofic reprezintă un şir de câteva organisme diferite funcţional, prin care energia şi materia circulă de la un nivel trofic inferior spre un nivel trofic superior.

Structura unei reţele trofice este dictată, în mare parte, de constrângerile impuse de termodinamică. Disiparea energiei la nivelul fiecărei verigi a lanţului trofic este unul din factorii limitanţi ai lungimii celor mai multor lanţuri trofice la maximum 4-5 verigi.

Lanţurile trofice cu cât sunt mai scurte cu atât sunt mai productive. Lanţurile trofice pot fi:1. Lanţul trofic de tip prădător cuprinde verigile: plantă autotrofă –

animal erbivor – carnivor de ordinul I – carnivor II. De-a lungul lanţului are loc o descreştere treptată a numărului de indivizi

pentru fiecare verigă, concomitent cu creşterea taliei consumatorilor. Aceştia nu pun în circulaţie toată biomasa speciilor de pe urma cărora se hrănesc, o parte apreciabilă devenind masa organică moartă (necromasa) care este angrenată în lanţuri trofice saprofage sau detritice.

2. Lanţul trofic de tip parazit presupune parazitarea succesivă a unor specii de către altele. Dintre caracteristici putem aminti că specia gazdă poate supravieţui un timp îndelungat prin stabilirea unei stări de echilibru cu specia parazită şi că acest tip de lanţ trofic poate fi grefat ca ramificaţii la niveluri diferite ale lanţului trofic de tip pradă-prădător.

Lanţul poate fi endoparazit, ectoparazit sau combinaţii ale acestora. De asemenea, lanţurile pot fi scurte (de tip gazdă – parazit). De exemplu: lucernă - cuscuta (Cuscuta campestris); rădăcina florii soarelui – lupoaie (Orobanche ramosa); tutun - virusul mozaicului tutunului.

Există şi situaţii în care lanţul parazit este mai lung: plantă-insectă fitofagă-virus.

De asemenea, putem avea verigile: gazdă – parazit – hiperparazit (Ex.: om – vierme parazit – bacterii – virusuri; plantă –oaie-muscă-flagelat-bacterie-bacteriofag).

3. Lanţ trofic de tip detritic sau saprofag cu verigile: materie organică moartă organisme detritivore – consumatori secundari consumatori terţiari.

Acest tip de lanţ trofic îl întâlnim în orizontul organic al pajiştilor, litiera pădurilor, pe fundul apelor cu depozite organice.

Ex. materie organică moartă râmă – şoarece comun; În lacuri: nămol cu detritus organic - larve de chironomide – plătica - peşti

răpitori – om.În literatură regăsim descrise şi alte tipuri de lanţuri trofice. De exemplu,

C. Pârvu, (2001) introduce şi argumentează denumirea de lanţ trofic zoofag. Acesta este caracteristic plantelor carnivore şi ciupercilor carnivore (în care animalul constituie veriga iniţială şi planta, secundară) .

Plantele carnivore prezintă anumite adaptări la nivelul frunzelor, care le permit reţinerea sau prinderea de animale foarte mici în vederea suplimentării necesarului de substanţe minerale (în special azotoase), în vederea creşterii. De exemplu: microcrustacei (Cladocere) – otrăţelul de baltă (Aldrovanda vesticulosa); insecte –roua-cerului (Drosera rotundifolia).

Alţi autori descriu numai 2 tipuri de lanţuri trofice. De exemplu, Ehrlich, (1985) descrie un lanţ trofic asimilator, care reuneşte organismele ale căror creştere şi reproducere la fiecare nivel trofic sunt în dependenţă directă de cele aflate la nivelul trofic precedent şi un lanţ trofic dezasimilator, caracterizat prin descompunerea treptată a moleculelor organice complexe, al cărui rezultat final poate fi mineralizarea (alcătuit din depolimerizatori, descompunători primari, secundari etc.).

În raport cu modul de utilizare a substanţelor organice derivate din producţia primară a ecosistemelor, Campbell, (1977) descrie, de asemenea, 2 tipuri de lanţuri trofice: de tip fitotrof (similar celui denumit anterior prădător) şi lanţ trofic detritic.

5.4. Reţeaua trofică

În natură nu se regăsesc comunităţi de organisme cu structuri şi conexiuni simple ca cele prezentate anterior decât foarte rar. De regulă, energia este transferată într-o reţea complexă, cu participarea mai multor organisme diferite. Pentru a arăta interdependenţele nutriţionale complexe dintre diferite populaţii, Elton (1927) a introdus termenul de ciclu trofic. Acesta este similar cu conceptul de reţea trofică care se prezintă ca o descriere grafică a legăturilor de nutriţie dintre specii într-o comunitate (arată ,,cine mănâncă pe cine,,).

Reţeaua trofică este definită de mulţi autori, însă noi ne-am oprit asupra definiţiei date de Stugren (1982) şi anume ,,un complex de conexiuni trofice şi lanţuri trofice care acceptă şi cedează energie şi substanţă, având entropie relativ constantă şi o cantitate determinată de energie liberă”.

Între lanţurile trofice dintr-un ecosistem există numeroase puncte de contact (care asigură stabilitatea acestuia) şi care corespund abundenţei speciilor polifage din biocenoză.

Reţelele trofice nu se limitează numai la nivelul unui ecosistem ci ele au puncte de contact şi cu reţelele altor ecosisteme. De exemplu, stârcii îşi procură hrana din ecosistemul acvatic, dar cuibăresc pe sol (ecosistem terestru).

Lanţurile trofice detritice fac legătura dintre lac şi uscat etc. Complexitatea trofică creşte cu numărul de niveluri trofice şi conexiunile verticale din reţeaua de hrană.

Studiul calitativ şi cantitativ al lanţurilor şi reţelelor trofice este important, dar şi foarte dificil de realizat. Este important, întrucât putem evalua corect rolul fiecărei specii în transferul de materie şi energie, ne permite cunoaşterea circuitelor biogeochimice din ecosistemul dat şi rolul fiecărei specii în migraţia şi acumularea diferitelor substanţe sau elemente chimice.

5.5. Relaţiile dintre nivelurile trofice

Populaţiile ce alcătuiesc o biocenoză aparţin unor specii diferite. Interdependenţa populaţiilor se materializează prin dezvoltarea unor relaţii interspecifice, de naturi diferite care, în ansamblu, duc la dezvoltarea unei organizări a biocenozei.

Elton (1927) a propus o reprezentare sub formă de diagrame a relaţiilor trofice dintr-o comunitate pornind de la un fapt concret. El a constatat că, în general, descreşterea numărului de indivizi are loc pe măsură ce se trece de la producători spre consumatorii de ordin superior. Reprezentând grafic pe axe (x = numărul de indivizi; y = nivel trofic) a rezultat o piramidă, numită piramidă numerică sau piramida efectivelor. Explicaţia acestei reprezentări a fost simplă: plantele şi apoi animalele mici posedă un potenţial de înmulţire mai ridicat comparativ cu cele mari, ca adaptare la faptul că animalele mici sunt consumate de cele mari a). Este evident că nu este cea mai bună explicaţie, deoarece există situaţii în care mărimea indivizilor din diferitele niveluri trofice variază foarte mult. De exemplu, dacă numărăm toate insectele mici care se hrănesc cu frunzele unui pom obţinem o piramidă inversată.

Din cauza diferenţelor de mărime dintre indivizi, mulţi cercetători folosesc biomasa ca metodă de măsurare a ecosistemelor. Dacă se înregistrează biomasa nivelurilor trofice succesive rezultă piramida biomaselor .

În zonele ierboase, în păduri, se observă că producătorii înregistrează o cantitate ridicată de biomasă (exprimată în g substanţă uscată/m2 sau ha), apoi aceasta scade treptat de la erbivore la carnivorele de ordinul III. Este logică această micşorare a biomasei, deoarece: nivelurile inferioare servesc drept hrană nivelurilor superioare; nu toată substanţa nivelului inferior este consumată (erbivorele nu consumă şi rădăcinile plantelor); din ce s-a ingerat nu totul se digeră; din ceea ce s-a digerat, nu toată substanţa este asimilată şi convertită în biomasă proprie, ci o parte este transformată în cataboliţi. Deşi această piramidă elimină unele neajunsuri (în ceea ce priveşte explicaţia) ale piramidei numerice are şi ea câteva dezavantaje. De exemplu, în multe ecosistemele acvatice principalii fotosintetizatori sunt bacteriile şi protistele. Aceste organisme unicelulare au un ritm de diviziune celulară atât de ridicat încât o mică cantitate de biomasă de fotosintetizatori poate hrăni o biomasă mai mare de erbivore care cresc şi se reproduc mult mai încet. Acest model poate determina o piramidă răsturnată a biomasei, deşi piramida energetică pentru acelaşi ecosistem are o formă tipică.

Dacă se ia în considerare energia potenţială existentă, rezultă piramida energetică. Se observă că datorită pierderilor de biomasă în care este stocată energia şi pierderilor energetice necesare pentru procurarea şi consumarea hranei şi desfăşurarea proceselor fiziologice (din care rezultă căldură cedată mediului) rezultă pierderi entropice la fiecare nivel.

5.6. Nişa ecologică

Problema exploatării unor resurse comune de către o comunitate de organisme este interdependentă cu teoria nişei. Nişa unui organism se defineşte prin locul unde trăieşte (descris progresiv în termeni de distribuţie regională - habitat şi microhabitat) şi de asemenea, prin resursele de care are nevoie (de ce, unde şi cum îşi procură acele resurse). Termenul de nişă a fost menţionat întâia oară de Grinnell, în anul 1917. A avut iniţial sensul de habitat fizic şi biotic. Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice, conceptul de nişă ecologică a revenit în actualitate şi a căpătat noi valenţe. Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei în biocenoza în care aceasta este încadrată.

Odum, 1953, defineşte nişa ecologică ,,drept poziţia sau statutul unui organism în interiorul ecosistemului”. Poziţia este rezultatul conlucrării mai multor factori: adaptările structurale ale organismelor, răspunsurile fiziologice, comportamentele specifice sau învăţate (aceeaşi specie, care face parte din ecosisteme diferite, ocupă aceeaşi nişă ecologică).

Un organism este adaptat să exploateze doar o parte din mediu şi nişa sa este formată din mai multe dimensiuni, ce mănâncă, unde îşi face cuib sau îşi depune ouăle, condiţiile de mediu pe care le tolerează ş.a.m.d. Aeastă exploatare poate fi schiţată ca o curbă a exploatării (Fig.5.9), care reflectă variaţia în utilizarea resursei de către populaţie. Competiţia intraspecie determină lărgirea nişei unei populaţii pe măsură ce densitatea populaţiei creşte, dar aceastei tendinţe i se opune în general competiţia interspecii, care tinde să promoveze specializarea.

5.7. Autocontrolul şi stabilitatea ecosistemelor

Rolul autocontrolului este acela de a păstra în anumite limite o stare de echilibru între populaţiile componente, de a nu permite oscilaţii numerice prea mari a populaţiilor, determinând astfel o anumită stabilitate în structura şi funcţionarea întregului ecosistem.

Necesitatea autocontrolului apare deoarece atât cantitatea de energie cât şi de substanţe nutritive disponibile sunt finite, limitate.

Organizarea reţelei trofice reprezintă mecanismul principal al stabilităţii ecosistemului. Elton (1958) a arătat că stabilitatea unei biocenoze este dată de complexitatea reţelei trofice şi anume, creşte odată cu creşterea acestei complexităţi. Stabilitatea, drept consecinţă a diversităţii apare ca un rezultat al intensificării fluxului de energie în ecosistem. Pentru a vedea diferenţa dintre termeni vom prezenta definiţiile acestora:

Diversitate – numărul de elemente componente (sub raport structural), în special elemente vii (specii) şi de procese diferite calitativ care caracterizează un ecosistem în unitatea de timp şi spaţiu.

Stabilitatea (Oriens,1975) este considerată drept o tendinţă a ecosistemului de a rămâne în apropierea unui punct de echilibru sau de a se întoarce la acest punct de echilibru, după ce a suferit o perturbare oarecare. Implică 2 componente:

a. - elasticitatea (abilitatea comunităţii de a reveni la forma iniţială după o perturbare);

b. - rezistenţa (abilitatea comunităţiide a evita deplasarea).Complexitate (Prigogine, 1975) – numărul de legături care se pot stabili

între diferite elemente ale unui sistem.Complexitatea creşte pe măsură ce numărul speciilor care interacţionează

în comunitate este mai mare. Interacţiunile pot avea loc în cadrul fiecărui nivel

trofic (interacţiune orizontală) sau la nivele trofice diferite (interacţiune verticală).

O întrebare frecventă este dacă termenul de complexitate îl include pe cel de stabilitate. Se spune că, o complexitate ridicată a comunităţilor determină o stabilitate a acestora, deoarece impactul unei modificări bruşte asupra populaţiei unei specii va fi atenuat de marele număr care interacţionează şi, nu se vor produce efecte dramatice în comunitatea luată ca întreg. Ca exemplu, s-a sugerat că mecanismul tampon operează în pădurile tropicale unde există invazii de insecte necunoscute încă.

Analiza complexităţii scoate de regulă în evidenţă structura trofică a comunităţii, cu toate că, în unele cercetări, au fost luate în studiu şi interacţiunile competitive. Concluzia la care s-a ajuns este că o creştere a complexităţii conduce la instabilitate. Chiar dacă aceste modele au fost criticate ca fiind nerealiste, opinia comună este că nu întotdeauna comunităţile complexe sunt în mod necesar şi stabile. Există un număr imens de cercetări efectuate în acest scop, dar nu s-a putut da un răspuns clar la întrebarea pusă anterior. Cert este faptul că, în termeni energetici, comunităţile complexe pot fi mai stabile. Stabilitatea biomasei însă, sugerează existenţa mai multor feluri de stabilitate pentru diverse proprietăţi ale comunităţii. Fluxul energetic dintr-o comunitate are un rol important asupra elasticităţii. Modele ale unor comunităţi contrastante arată că, cu cât este mai mare aportul de energie în ecosistem, cu atât îi ia comunităţii mai puţin timp să revină la poziţia de echilibru după perturbare. De exemplu, comunităţile din tundră, unde aportul energetic este redus sunt cel mai puţin elastice. Dacă se are în vedere că o concurenţă ridicată determină o micşorare a diversităţii, se poate concluziona că o concurenţă slabă reduce instabilitatea în comunităţile teoretice.

Stabilitatea ecosistemelor se poate descrie şi prin concepte împrumutate din fizică (Puia, Soran, 2001):

constanţă - lipsa modificărilor unuia sau mai multor parametrii ai ecosistemului;

persistenţa - supravieţuirea ecosistemului în timp cu toate componentele sale;

inerţia - capacitatea ecosistemului de a rezista perturbărilor din exterior;

elasticitatea - viteza de revenire a ecosistemului la starea dinaintea perturbării;

amplitudinea - măsură a îndepărtării de starea iniţială până la punctul de unde mai este permisă revenirea la o astfel de stare;

invarianţa ciclică - proprietatea ecosistemului de a oscila odată cu scurgerea timpului în jurul unei stări de echilibru;

invarianţa traiectoriei = însuşirea ecosistemului de a se orienta, îndrepta şi evolua în timp spre o ”stare finală” sau „Climax”.

În ecologia contemporană termenul de echilibru ecologic este folosit ca sinonim al celui de homeostazie, lucru ce a determinat păreri diferite.

Ecologia populaţiei

6.1. Definiţie.

Populaţia este definită ca fiind un grup de organisme din aceeaşi specie care ocupă un teritoriu dat. În ceea ce priveşte graniţele dintre populaţii, acestea pot fi stabilite clar (cazul peştilor dintr-o baltă) sau pot fi arbitrare (când ecologii le trasează în funcţie de problema luată în studiu).

Studiul populaţiilor presupune şi utilizarea altor noţiuni:

generaţie - trebuie să se ţină cont de faptul că două generaţii succesive sunt conectate printr-o relaţie de filiaţie directă;

clasă de vârstă - reuneşte totalitatea indivizilor care la un moment dat aparţin unui anumit interval de vârste;

cohortă - totalitatea indivizilor care au apărut în urma reproducerii în acelaşi timp sau într-un interval de timp foarte scurt, în acelaşi biotop. Noţiunea de cohortă poate fi considerată, în linii mari, complementară noţiunii de clasă de vârstă, deoarece o cohortă trece succesiv prin toate clasele de vârstă. Între noţiunea de cohortă şi noţiunea de generaţie se poate remarca, de asemenea, o tangenţă, în sensul că există uneori situaţii în care mai multe generaţii se pot reproduce în acelaşi interval de timp, ceea ce determină astfel apariţia unei singure cohorte. Alteori, aceeaşi generaţie poate fi sursa apariţiei mai multor cohorte.

6.2. Trăsături structurale şi funcţionale (parametri de stare)

Pentru aprecierea complexităţii unei populaţii se au în vedere parametri de stare ai acesteia, care sunt reprezentaţi prin următoarele trăsături structurale şi funcţionale:

mărimea populaţiei; distribuţia în spaţiu a indivizilor; structura pe vârste; natalitatea, mortalitatea, dinamica populaţiei; transferul energiei şi al elementelor minerale la nivelul populaţiei

naturale.

6.2.1. Mărimea populaţieiModalitatea de exprimare a mărimii populaţiilor este densitatea. Aceasta

reprezintă numărul de indivizi pe unitatea de suprafaţă, volum sau habitat. Putem vorbi de:

densitatea absolută – care exprimă numărul de indivizi raportat la unitatea de suprafaţă sau de volum a ecosistemelor care integrează populaţiile date (se exprimă în nr. indivizi/m2 );

densitatea în biomasă –care reprezintă biomasa indivizilor raportată la unitatea de suprafaţă sau volum a ecosistemelor care integrează populaţia (mg s.u./ha). Ea este necesară în stabilirea populaţiilor dominante, deoarece sunt populaţii care realizează densităţi mici comparativ cu alte populaţii, însă care acumulează o cantitate mare de substanţă organică sau energie. Dacă biomasa este foarte mare, densitatea este de preferat să se exprime prin cantitatea de cenuşă obţinută prin calcinarea substanţei organice sau prin determinarea unor elemente din cenuşă: C, N, Ca etc.;

densitatea ecologică – reprezintă raportarea numărului indivizilor numai la habitatul specific speciei. De exemplu, 100 indivizi de Leptinotarsa decemliniata (gândacul din Colorado)/m2 de teren cultivat cu cartofi.

Metodele de estimare a densităţii populaţiilor sunt numeroase şi diferă de la un grup de organisme la altul, în funcţie de talie, grad de mobilitate, distribuţie în habitat, mod de viaţă etc.:

1. Numărarea directă se practică în cazul plantelor sau animalelor mari sau care ies în evidenţă (organisme unitare). Estimarea numărului populaţiei se

bazează pe densitatea unei mostre2. De exemplu: la plante ierboase - număr exemplare/m2, la arbuşti - nr. exemplare/10m2, iar la arbori, nr. exemplare/25m2.

2. Metoda capturării şi recapturării.Această metodă constă în prinderea unui număr oarecare de indivizi (a)

dintr-o populaţie (N) pe care îi marcăm, apoi îi eliberăm în habitat. După un anumit timp se capturează un lot de indivizi (b) din care o parte (c) sunt din cei marcaţi anterior. Valorile obţinute ne ajută să determinăm mărimea populaţiei (N) prin următoarea relaţie: a/n=c/b, unde N=ab/c.

Acest lucru este posibil când populaţia este stabilă, fără emigraţii sau imigraţii, când natalitatea şi mortalitatea nu se schimbă şi când capturarea indivizilor nu modifică comportamentul lor.

Metoda are numeroase neajunsuri (animalele pot deveni ,,dependente de capcană” sau, din contră, vor evita să fie prinse din nou în capcană, tehnicile de capturare necorespunzătoare pot duce la creşterea mortalităţii printre indivizii marcaţi), care pot fi depăşite numai printr-un program foarte bine stabilit şi metode statistice speciale.

În cazul în care între perioada de capturare şi cea de recapturare are loc o mortalitate evidentă, calculele matematice sunt mai complicate.

3. Metoda determinării densităţii populaţiilor prin extrageri de probe. Când metodele precedente nu se pot aplica se recurge la extrageri de

probe pentru a putea evalua densitatea populaţiilor. Problema care se pune în astfel de situaţii este de a extrage un anumit număr de probe care să fie reprezentativ pentru întreaga populaţie cercetată.

În funcţie de tipul de ecosistem şi de populaţia studiată, ecologul va alege metoda care va putea da cât mai puţine erori. O eşantionare corectă se obţine numai printr-o cunoaştere prealabilă a biologiei şi a modului de distribuţie a indivizilor în habitat.

4. Metoda estimării indirecte a densităţii.Această metodă se referă la estimarea numărului unei populaţii după

semnele care indică prezenţa sa în habitat ca: galerii, urme, vizuini, cuiburi, dejecţii etc.

În general, această metodă oferă numai o informaţie de ansamblu asupra abundenţei populaţiei şi asupra densităţii ei.

Densitatea este un indiciu privind posibilităţile de suportare a spaţiului. Se pot întâlni situaţii de supraaglomerare a spaţiului, când populaţia depăşeşte posibilităţile de suportare a acestuia şi invers, subaglomerarea.

Supraaglomerarea este fenomenul răspunzător de declanşarea luptei pentru existenţă (competiţie) în urma căreia, de cele mai multe ori, apare subnutriţia, degenerarea indivizilor şi a populaţiei (deoarece se dă lupta pentru existenţă între indivizi slăbiţi). De asemenea, favorizează izbucnirea epidemiilor (datorită şanselor mai mari de contaminare) şi micşorează rezistenţa la boli (datorită subnutriţiei).

De exemplu, în ecosistemele agricole supraaglomerarea conduce la epuizarea prematură a apei şi a elementelor nutritive din sol, umbrirea plantelor, reducerea fotosintezei şi a producţiei biologice.

În cazul unei densităţi reduse a populaţiei (subaglomerare) sunt de asemenea o serie de avantaje, dar şi de neajunsuri. De exemplu: riscul apariţiei epidemiilor este redus; resursele oferite de spaţiu sunt mai mult decât suficiente, de aceea ele nu sunt folosite în totalitate, rezultând mari pierderi 2 Pentru a stabili numărul de unităţi de probă ce trebuie prelevate pentru determinare cu o anumită precizie a mărimii

populaţiei există în principiu două metode: prelevarea probelor în două etape şi prelevarea secvenţială. În primul caz, numărul de probe N necesar pentru a asigura un anumit nivel de precizie poate fi estimat din ecuaţiile erorii standard (SE) şi preciziei (A), după recoltarea unui număr (N1) de unităţi de probă. Ulterior se iau: N2 = N - N1 probe. În cel de-al doilea caz, prelevarea secvenţială a probelor presupune colectarea probelor până la momentul la care anumite condiţii relativ simplu de controlat sunt îndeplinite.

energetice la nivelul ecosistemului; există pericolul dispariţiei populaţiei întrucât aceasta nu mai este capabilă să-şi refacă efectivul dintr-un număr redus de indivizi.

6.2.2. Distribuţia în spaţiuModul de distribuţie al indivizilor în spaţiu este în strânsă corelaţie cu

limitele de toleranţă pe care acestea le au faţă de factorii abiotici, cu interacţiunile lor cu alte grupe de organisme şi comportamentul lor.

Distribuţia poate fi: 1. Distribuţie uniformă, care presupune distanţe aproximativ egale între

indivizi. În natură este rar întâlnită. O putem întâlni la populaţiile de animale cu comportament de teritorialitate, care populează medii relativ omogene (fig.6.1), sau la diferite populaţii vegetale (ecosistemele antropice).

2. Distribuţie randomizată, în care poziţia fiecărui individ este independentă de a celorlalţi.

Se întâlneşte în cadrul unor populaţii foarte numeroase care trăiesc într-un spaţiu restrâns şi care au o mare mobilitate.

3. Distribuţie grupată care este determinată de: comportamentul indivizilor (care caută să trăiască în apropierea

semenilor lor – au o viaţă socială pronunţată), condiţiile de mediu (indivizii populaţiei se aglomerează în zonele în

care valorile factorilor ecologici sunt optime – de exemplu, locuri bogate în surse nutritive).

6.2.5. Natalitatea şi mortalitatea Populaţia se caracterizează în orice moment prin apariţia şi dispariţia

indivizilor.Natalitatea este un parametru ce reprezintă pentru o populaţie numărul de

indivizi apăruţi prin diviziune, germinare, ecloziune sau naştere. Mortalitatea este expresia cantitativă a efectului pe care îl are mediul

asupra populaţiei, respectiv numărul indivizilor ce dispar în unitatea de timp. Deoarece în natură factorii ecologici prezintă abateri de la concentraţiile

optime pentru o populaţie, ne interesează să cunoaştem natalitatea ecologică sau realizată. Aceasta este dată de numărul de indivizi ce pot fi produşi în condiţii concrete de existenţă (se referă de fapt la numărul de pui născuţi într-un an, lungimea gestaţiei etc.). Natalităţii ecologice îi corespunde mortalitatea ecologică.

Supravieţuirea este opusul mortalităţii. Numărul de supravieţuitori este de regulă mai interesant decât numărul deceselor, de aceea mortalitatea este exprimată ca speranţă de viaţă (numărul mediu de ani care va fi trăit de membrii unei populaţii dintr-o anumită grupă de vârstă). Datele despre supravieţuire sunt de cele mai multe ori arătate sub forma unei curbe de supravieţuire pentru o anumită populaţie (un grafic care ne arată proporţia de supravieţuitori pe scară logaritmică în fiecare etapă a vieţii).

Informaţia necesară pentru caracterizarea efectelor fluctuaţiilor factorilor de mediu asupra natalităţii şi mortalităţii se obţine mai simplu folosind metoda construirii tabelelor de viaţă . Acestea pot fi:

tabele de viaţă dinamice sau ale unei singure generaţii, pentru care informaţiile se obţin urmărindu-se populaţiile în condiţii particulare pe durata unei generaţii (cazul insectelor sau plantelor anuale) şi,

tabele de viaţă statice, care au la bază informaţiile obţinute din analiza unei probe, prelevată la un moment dat (se stabilesc clasele

de vârstă, raportul sexelor etc.), pentru populaţiile care se suprapun şi care au ajuns la un echilibru (nu sunt în faza de creştere exponenţială).

Tabelele vieţii cuprind evenimentele petrecute într-un anumit grup de indivizi născuţi aproximativ în acelaşi moment, de la naştere până la sfârşitul ciclului lor de viaţă.

La întocmirea tabelelor vieţii este foarte important să ţinem cont de tipul de reproducere. Astfel, dacă populaţia are reproducere asexuată, atunci datele incluse în tabel se referă la toţi indivizii componenţi. Dacă populaţia are reproducere sexuată, cunoscând raportul sexelor, în tabel se vor introduce numai datele despre femele.

6.2.6. Dinamica populaţieiDinamica populaţiei ne arată modul în care variază o populaţie

(caracterizată de obicei prin numărul de indivizi) în timp şi spaţiu. Dinamica este în strânsă legătură cu natalitatea, mortalitatea, schimbarea densităţii, a distribuţiei în spaţiu (capacitatea de migrare a indivizilor care o compun).

Parametrii care caracterizează dinamica populaţiei sunt: rata natalităţii, rata mortalităţii şi ecuaţia de creştere.

A. Rata natalităţii este dată de raportul dintre numărul indivizilor născuţi în unitatea de timp şi efectivul populaţiei (rata natalităţii este o viteză specifică). Ea depinde de factorii de mediu şi potenţialul biotic (adică capacitatea de a produce urmaşi şi de a supravieţui). În evoluţie au fost favorizate genotipurile la care natalitatea avea valori ce asigurau numărul maxim de supravieţuitori.

B. Rata mortalităţii este dată de numărul de indivizi morţi în unitatea de timp raportat la efectivul populaţiei. Este influenţată de factori fiziologici şi factori de mediu.

Modificarea numărului de indivizi dintr-o populaţie poate fi cauzată de:influenţa paraziţilor, bolilor, prădătorilor care duc la dispariţia unor

indivizi. concurenţa pentru hrană şi spaţiu factorii climatici accidentali îmbunătăţirea hranei, sporirea bazei furajere poluarea aerului, apei şi a solului intervenţia antropică, etc.

77

Relaţii intraspecifice şi interspecifice

7.1. Relaţiile intraspecifice

Organismele cresc, se reproduc şi mor. Ele sunt afectate de condiţiile în care trăiesc şi de resursele pe care le obţin. Dar nici un organism nu trăieşte izolat. Fiecare, în anumite stadii ale vieţii, este membru al unei populaţii. Indivizii unei specii au cerinţe asemănătoare pentru supravieţuire, creştere şi reproducere, iar cerinţele lor, cumulate, pot depăşi la un moment dat stocul existent. Ca urmare, intervine concurenţa pentru resurse care determină, fără îndoială, privarea unora dintre organisme. Putem spune că, relaţiile dintre indivizi (organisme individuale) îşi au originea în necesitatea de supravieţuire în condiţiile concrete de mediu.

Relaţiile intraspecifice nu trebuie însă privite unilateral (concurenţă sau relaţii de perfectă armonie). Aceste relaţii pot fi considerate ca relaţii individ –

populaţie sau relaţii de sistem (între sistemul individual şi cel populaţional sau dintre diferite subsisteme ale populaţiei).

Relaţiile intraspecifice sunt apreciate după rolul lor în cadrul sistemului populaţional. Cele mai importante relaţii sunt cele trofice (care rezultă din necesităţile de procurare a hranei), de protecţie (de apărare faţă de variaţiile factorilor ecologici, faţă de prădători), de reproducere, de reglaj numeric a populaţiei, de reglare a structurii populaţiei.

7.1.1. Agregarea. O relaţie intraspecifică foarte răspândită în natură este reprezentată de

agregările individuale care constau din interacţiuni temporare sau permanente între indivizi sau grupări de indivizi conspecifici. Acestea asigură supravieţuirea şi menţinerea populaţiei în ecosistemul din care face parte.

Faptul că fac parte dintr-un grup îi conferă unui organism anumite avantaje: evitarea prădătorilor, localizarea hranei şi prinderea prăzii mari sau foarte greu de prins, îngrijirea puilor, protecţie etc. De exemplu, bivolii (genul Bubalus) se pot apăra numai în turmă, lupii (Canis lupus) atacă numai în haită, unele specii de pasări formează în zbor un,,V,, pentru a reduce rezistenţa la vânt etc.

Cooperarea dintre indivizi poate fi temporară (cazul creşterii puilor) sau permanentă (coloniile de furnici, perechile de lebede mute etc.). Atunci când densitatea populaţiei creşte peste limita optimă, cooperarea devine rapid un factor defavorizant, generator de stres (efect de masă).

Din punct de vedere al originii, se disting două categorii de grupări: grupările familiale (în cazul furnicilor, albinelor, termitelor, dar şi în

cazul unor animale carnivore)-; grupările „parasociale” (formarea şi organizarea unor grupări

sociale de animale neînrudite direct între ele) - grupurile de elefanţi, erbivore mari etc.

Agregarea este întâlnită şi în cazul plantelor (atât din flora spontană – vetrele de buruieni, cât şi din speciile cultivate). Aceasta are un rol trofic şi/sau apărare.

Realizarea diferitelor categorii de relaţii intraşi interspecifice

2. Relaţiile intraspecifice menite să pregătească reproducerea afectează trăsăturile fiziologice, morfologice şi comportamentale ale indivizilor. Astfel, în cadrul acestei categorii pot fi incluse comportamente specifice legate de relaţiile dintre masculi (lupte între masculi, impresionarea sau sperierea rivalilor, comportamente de rivalitate), dezvoltarea organelor de simţ (auz, văz, miros sau gust) pentru a identifica specia, sexul şi comportamentul sexual al altor organisme.

De exemplu, unele broaşte emit semnale distincte ce sunt adresate propriei specii. Mesajul poate fi auzit de ambele sexe, rezultatul constând în adunarea indivizilor într-o arie delimitată, în vederea reproducerii. În acelaşi sens, majoritatea insectelor (greierii în special), reptilelor (ex. aligatorii) şi unele mamifere produc semnale sonore, care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din cadrul biocenozei.

Înainte de împerechere, multe specii de reptile se angajează în ritualuri de curtare elaborate, care pot dura ore sau chiar zile întregi. Masculul de şopârlă îşi poate schimba culoarea sau îşi ridică nişte falduri speciale de piele în jurul gâtului. Există şerpi care iniţiază un adevărat dans, cu mişcări complexe de încolăcire şi urmărire. Broaştele ţestoase îşi mângâie potenţialul partener cu membrele anterioare, iar crocodilii şi aligatorii încep să mârâie de obicei, pentru

a arăta că sunt gata să se împerecheze. La păsări, văzul şi auzul, sunt de asemenea extrem de importante în cadrul ritualurilor de curtare şi împerechere. Păsările cântătoare (de exemplu, sturzii sau privighetorile), folosesc un cântec individual, propriu, pentru a-şi marca teritoriul şi pentru a-şi atrage perechea. Femelele răspund în mod diferit la aceste cântece. Unele sunt atrase de un cântec intonat cu putere, altele sunt atrase de durata melodiei sau de variaţiile melodice specifice unui anumit mascul.

O altă modalitate de realizare a comunicării în cadrul speciei sau între specii, este aceea care utilizează ca vector diverse substanţe chimice, produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale (atractanţi sexuali). Acest tip de comunicare chimică se realizează atât în mediul terestru cât şi în mediul acvatic. Depistarea substanţelor semnal de către organisme, chiar şi în cazul în care concentraţia lor în mediu este extrem de redusă, presupune o mare capacitate de dispersie a metaboliţilor, dar şi utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile. De exemplu, feromonii sunt substanţe care, dispersate în mediu, provoacă schimbarea comportamentală a multor specii. Au acelaşi efect ca şi sunetele emise de broaşte sau păsări. Un exemplu pentru acţiunea feromonilor este prezentat în (fig 7.2).

Păsările, insectele, peştii şi alte animale viu colorate folosesc culorile pentru identificarea partenerilor. Masculii multor specii de păsări sunt extrem de viu coloraţi şi au aranjamente complexe de pene. Cu cât este mai viu colorat sau mai pronunţat penajul masculului, cu atât acesta devine mai atrăgător pentru femele. Anumite specii, de pildă pasărea paradisului, se atârnă de ramurile copacilor pentru a-şi expune penajul spectaculos. Multe specii însă se bazează pe strategii mai sofisticate, de exemplu mişcări complexe în cadrul ritualului de curtare.

Licuriciul este cel mai cunoscut organism care utilizează semnale luminoase pentru atragerea partenerilor. În aceeaşi zonă pot trăi mai multe specii dar fiecare dintre acestea luminează într-un mod specific. Semnalul este influenţat de intensitatea luminii, frecvenţa acesteia etc. Există o diferenţă între semnalele masculilor şi cele ale femelelor. În mare parte, masculii sunt atraşi de femele din aceeaşi specie, în timp ce femelele au capacitatea de a transmite semnale şi către alte specii. Comunicaţiile dintre organisme prin mijloace luminoase sunt mai frecvente în mediul acvatic, acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode. Numeroase specii acvatice utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge, organisme zooplanctonice, moluşte, crustacee şi peşti) în diferite scopuri, fie pentru apărare, fie pentru atragerea prăzii sau reproducere.

Deseori, la unele specii apar fenomene de migrare pentru reproducere. De exemplu, în cazul somonilor adulţii migrează în ape curgătoare, unde condiţiile pentru dezvoltarea descendenţilor sunt optime, formează grupuri mari, iar după reproducere adulţii mor.

3. Relaţiile intraspecifice legate de reproducere sunt cele ce asigură împerecherea şi fecundarea. Un exemplu clasic în acest sens este cel al cucului care nu poate supravieţui în absenţa altor specii de păsări, care le clocesc ouăle şi le îngrijesc pui după eclozare.

4. Relaţii de reproducere sunt cele ce se manifestă după ce reproducerea a avut loc. Acestea se manifestă, de obicei, sub forma relaţiilor dintre generaţii şi anume grija faţă de descendenţi Asemenea relaţii apar, de regulă, la mamifere

La păsări, după ce puii au ieşit din ou, depind foarte mult de părinţii care le asigură hrana şi căldura necesară pentru supravieţuire. De obicei, un părinte rămâne cu puii, în timp ce celălalt caută hrană. Adesea între pui există o

competiţie susţinută pentru atenţia părinţilor, iar cei mai mari devin de multe ori dominatori şi lacomi, în detrimentul celor mici. Anumite păsări ajung să îşi crească puii lor, dar şi pe ai altor specii. Uexemplu este cucul, care parazitează alte cuiburi, dar mai există şi alte specii care nu îşi construiesc propriul cuib, de pildă mierla vacii etc.

Efectul de masă este întâlnit în mediul suprapopulat şi are un efect negativ. Acesta este o consecinţă a creşterii densităţii peste o anumită limită. În acest caz se manifestă cu pregnanţă fenomenele de competiţie şi canibalism, creşte pericolul din partea prădătorilor şi există un risc mai mare de îmbolnăvire.

5. Competiţia intraspecifică este foarte intensă întrucât indivizii tind să-şi împartă aceleaşi resurse, cu toate că pot exista diferenţe determinate de vârstă în cerinţele pentru hrană sau diferenţe sexuale.

În cazul microorganismelor, condiţiile necesare pentru excluderea unuia dintre competitori sunt: coexistenţa celor 2 specii într-un mediu identic; să fie diferite fiziologic; să necesite o resursă identică, iar aceasta să fie limitată.

Evoluţia competiţiei în condiţii naturale este influenţată atât de concentraţia nutrienţilor cât şi de o serie de parametrii abiotici ai mediului (pH, temperatură, concentraţia oxigenului, a sărurilor, toleranţă la uscăciune etc.). Competiţia reprezintă o forţă majoră în ecologie şi este responsabilă pentru fenomene cum sunt migrarea şi teritorialitatea, fiind totodată cauza principală a reglării populaţiei prin procese dependente de densitate.

7.2. Relaţiile interspecifice

7.2.1. ClasificareRelaţiile interspecifice sunt multiple şi complexe, ele contribuind la

organizarea biocenozei, la stabilirea căilor de dirijare a materialului energetic şi informaţional.

În funcţie de natura generală a interacţiunii, Odum, (1971) clasifică relaţiile interspecifice în nouă categorii: neutralismul, competiţia prin interferenţă directă şi prin utilizarea nutrienţilor, mutualismul, protocooperarea, comensalismul, amensalismul, parazitismul şi prădătorismul.

Principala caracteristică a relaţiilor intraspecifice este aceea că ele sunt finalizate, orientate în sensul asigurării supravieţuirii populaţiei date, a perpetuării şi prosperării acesteia.

7.2.2. Neutralismul

Neutralismu l (0 0) este o asociere lipsită de influenţe reciproce şi este considerat de mulţi cercetători ca o interacţiune puţin probabilă în natură sau cel mult cu o importanţă minimă. Speciile nu se afectează reciproc întrucât nişele lor ecologice sunt separate. Şi în cazul microorganismelor neutralismul este greu de evidenţiat în mediu natural. El poate fi evidenţiat in vitro atunci când microorganismele cresc asociat, cu viteze de multiplicare şi densităţi finale egale cu cele cu care se dezvoltă separat.

7.2.3. Mutualismul

Interacţiunile pozitive sunt de natură cooperantă şi predomină de obicei la densităţi populaţionale mici. Au mare valoare ecologică deoarece în anumite condiţii pot determina apariţia unor organisme noi (de exemplu, lichenii)

capabile să ocupe nişe ecologice specifice, imposibil de ocupat de fiecare organism în parte.

Mutualismul (+ +) reprezintă o asociaţie bilateral benefică, care formează elementele de bază ale organizării multor comunităţi.

Unii autori includ în această categorie relaţiile dîntre organismele care trăiesc împreună în strânsă asociere fizică (ambele populaţii sunt obligatoriu dependente una de alta), dar şi relaţiile dîntre specii care profită de pe urma convieţuirii lor (mutualism neobligatoriu).

Alţi autori consideră o relaţie de pe urma căreia profită ambele specii, dar care nu este obligatorie pentru nici o parte, nu ca mutualism, ci ca fiind o relaţie de protocooperare. Relaţia în acest caz este nespecifică, în sensul că orice specie asociată poate fi înlocuită de o alta care îndeplineşte aceeaşi funcţie. După N. Botnariuc (1999) relaţiile mutualiste pot fi clasificate, fără o demarcaţie strictă, în patru categorii, în funcţie de rolul pe care acestea îl îndeplinesc în viaţa populaţiei: nutriţia, apărarea, reproducerea şi răspândirea descendenţilor.

În continuare sunt prezentate câteva exemple de relaţii de tip mutual:1. Simbioza Rhizobium – plantă leguminoasă. Gazda, de pe urma

simbiozei, este aprovizionată cu azot uşor asimilabil, iar bacteriile au acces la sursa de carbon (prin hidrocarbonaţi). Ca rezultat al acestei relaţii se formează noduli radiculari, cu o structură foarte complexă (un grad ridicat de integrare).

Infectarea, nodularea ca şi fixarea simbiotică a azotului implică o interacţiune strânsă între rizobii şi plantele leguminoase gazdă specifice. Cei doi parteneri ai simbiozei trebuie să se recunoască mai întâi unul pe celălalt. Această recunoaştere specifică se consideră a fi o interacţiune între lectinele plantei gazdă (glicoproteină găsită în perişorii radiculari) şi polizaharidele de pe suprafaţa bacteriilor. Specificitatea acestei relaţii a fost comparată cu o relaţie de tip anticorp-antigen fără de care infecţia nu se poate produce. Recunoaştere este specifică şi determină ataşarea rizobiului pe rădăcina plantei leguminoase gazdă. Infecţia gazdei însă nu se produce într-o formă patogenică datorită controlului exercitat de planta gazdă asupra invaziei. Rizobiile, în general, pătrund în planta gazdă prin perişorul radicular, invazia bacteriei fiind mediată de o structură tubulară formată de planta gazdă, numită filament de infecţie, care invadează celulele cortexului radicular. Rizobiile sunt cuprinse în filamentul de infecţie şi rămân incluse într-o membrană a celulei gazdă care poartă numele de membrană peribacteroidă. Astfel, bacteroizii îşi desfăşoară activitatea într-un spaţiu bine delimitat. Planta leguminoasă influenţează expresia genelor bacteriilor, iar rizobiile la rândul lor influenţează activitatea genelor acestor plante.

Celulele din nodozităţi sunt organizate în zone. Bacteroizii sunt cuprinşi în membranele peribacteroide care îi exclud din zonele meristematice şi epidermale.

Morfologia nodozităţii are o semnificaţie biochimică asigurând difuzia oxigenului şi a nutrienţilor în bacteroizi şi exportul amoniului care este apoi inclus în schelete de carbon de către planta gazdă. O trăsătură distinctă a nodozităţilor efective în fixarea simbiotică a azotului este prezenţa leghemoglobinei, proteină capabilă să lege oxigenul necesar respiraţiei nodozităţii şi să protejeze nitrogenaza, enzima care determină fixarea azotului molecular, puternic inhibată de excesul de oxigen.

Bacteroizii conţin substanţele necesare fixării simbiotice a azotului, iar plantele leguminoase asimilează amoniacul produs transformându-l într-o formă organică folosită apoi atât la nutriţia întregii plante cât şi a bacteroizilor. Planta leguminoasă asigură un mediu potrivit şi o sursă de energie care abilitează bacteroidul pentru fixarea azotului .

Realizarea simbiozei depinde de mai mulţi factori: a) nivelul rizobiilor din rizosfera plantelor leguminoase, care este

controlat de ambii parteneri;b) controlul fixării bacteriilor pe perii radiculari;c) curbarea perilor radiculari;d) formarea filamentului de infecţie după infectarea perişorului

radicular.Pe lângă tulpinile benefice plantelor există şi tulpini ineficiente de

Rhizobium, care profită de localizarea lor pe plantă, în vederea folosirii nutrienţilor, relaţia deviind uşor spre parazitism.

2. Simbioza dintre fungi (micobiontul) şi alge sau/şi cianobacterii (ficobiontul) care conduce la formarea lichenilor. Între partenerii simbiozei au loc schimburi de substanţe astfel: ficobiontul produce glucidele de care beneficiază ambii parteneri, cianobacteria poate fixa azotul, iar micobiontul acumulează apă, săruri minerale pentru celalalt component.

Poziţia sistematică a lichenilor este pusă sub semnul întrebării, dar acest lucru nu ne împiedică să spunem că lichenii sunt foarte importanţi din punct de vedere ecologic. Ei au o mare capacitate de înmagazinare şi reţinere a apei şi sunt capabili să producă substanţe care degradează substratul mineral. De aceea ei pot să se dezvolte în condiţii extreme (stânci, zone cu temperaturi foarte scăzute, dar şi în deşert etc.), în care alte vieţuitoare nu pot supravieţui, fiind primii colonizatori. Ei pot constitui sursă de hrană pentru erbivore şi sunt buni bioindicatori, fiind foarte sensibili la poluanţi ai aerului.

3. Micorizele. Reprezintă rezultatul asocierii simbiotice dintre ciuperci şi rădăcinile arborilor (fig. 7.7).

Micorizele arbusculare (MA) sunt asocieri simbiotice larg răspândite, formate între fungi din taxonul Glomeromycota şi rădăcinile plantelor vasculare. S-a estimat că 80% din totalul familiilor de plante vasculare (aproximativ 250.000 de specii de plante) sunt capabile să formeze micorize. Micorizele sunt capabile să colonizeze diferite habitate, succesul lor ecologic reflectând un grad ridicat de diversitate a capacităţilor genetice şi fiziologice ale fungilor endofiţi. Aproape 6.000 de specii de fungi dintre Zygo-, Asco- şi Basidiomicete au fost identificate ca micorizale, iar odată cu dezvoltarea tehnicilor moleculare noi specii micorizale şi noi tipuri de asociaţii sunt descrise pe baza amprentarii ADN.

Succesul stabilirii asocierii este ilustrat prin:• capacitatea plantei de a se aproviziona cu nutrienţi prin intermediul

fungului (micotrofie);• calitatea de simbiont obligat a fungului, care nu-şi poate completa ciclul

biologic independent de planta gazdă;• integrarea fiziologică a ambilor simbionţi şi redistribuirea activităţilor

enzimatice, în special a celor implicate în schimbul de nutrienţi dintre parteneri.Speciile de plante (chiar soiuri diferite în cadrul aceleiaşi specii) manifestă

grade diferite de “susceptibilitate” faţă de fungii micorizali. Se cunosc însă destule cazuri când un singur sistem radicular stabileşte simbioze cu diferite specii de fungi micorizali, sau când rădăcinile unor specii diferite de plante sunt conectate prin intermediul miceliului unui singur fung AM. Planta aprovizionează fungul cu zaharuri obţinute prin biositeză, în timp ce fungul aprovizionează cu nutrienţi rădăcinile plantei. Importanţa fungilor simbiotici pentru plantele gazda constă în solubilizarea şi consumul nutrienţilor greu accesibili plantelor, între care fosforul ocupă unul din primele locuri. Asocierea MA poate mări de asemenea fitodisponibilitatea unor micronutrienţi cum ar fi cuprul şi zincul. S-a sugerat de asemenea, că unii fungi MA sunt capabili să

mobilizeze azotul legat organic, inaccesibil altfel plantelor. În afară de influenţarea calităţii şi cantităţii de resurse disponibile plantei, MER asigură o interfaţă pentru interacţia cu alte microorganisme din sol. O proporţie importantă (10-20%) din carbonul obţinut de plantă prin fotosinteza este pusă la dispoziţia simbiozei micorizale. O parte din acest carbon este folosit pentru creşterea biomasei fungice, iar cealaltă parte este eliminată - activ sau pasiv - în mediu unde poate fi utilizată ca sursă de energie de către celelalte microorganisme din micorizosferă.

Fungii AM pot să interacţioneze cu alte microorganisme din rizosferă şi să exprime activităţi biologice cu relevanţă pentru creşterea şi sănătatea plantelor.

In acest context trebuie amintite interacţiile benefice ale fungilor micorizali cu Rhizobium spp. şi cu alte rizobacterii în cazul utilizării unor inoculi micşti, prin reducera semnificativă a stresului asociat cu nutriţia, aerarea şi structura solului, pH-ul, sărăturarea, prezenţa unor poluanţi de tipul metalelor şi cu prezenţa patogenilor.

S-a demonstrat experimental că şi specii de Pseudomonas si de Bacillus interacţionează cu fungii AM, dezvoltând activităţi sinergice care conduc la ameliorarea creşterii şi nutriţiei plantelor. In mod asemănător, capacitatea profilactică a fungilor micorizali poate fi accentuată prin cooperarea cu alte microorganisme din rizosferă care au efect antagonist împotriva patogenilor. Aici pot fi incluse specii de fungi aparţinând genurilor Trichoderma şi Gliocadium, dar şi specii de bacterii din genurile Pseudomonas şi Bacillus, care manifestă acţiune neutră sau benefică faţă de fungii AM, dar antagonistă faţă de o serie de fungi patogeni, precum Fusarium, Verticillium, Rhizoctonia sau Pythium.

Prezenţa bacteriilor în interiorul hifelor fungice sau specific asociate cu fungii micorizali sugerează faptul că multe simbioze AM sunt asociaţii tripartite, constatări deosebit de utile pentru stabilirea de noi strategii de utilizare practică a fungilor AM şi in special pentru elaborarea unor noi combinatii de inoculi micşti. Unele cercetări din contră au demonstrat efectul negativ al fungilor AM asupra BNF.

Asociaţiile de tip micorizal se încadrează, în principal, în două categorii: ectomicorize şi endomicorize.

Crearea artificială a micorizelor a fost mult studiată în ultimii ani. S-au obţinut rezultate bune în ceea ce priveşte creşterea plantelor pe soluri care nu prezentau fungi specifici, au fost colonizate plante pe reziduurile unor mine metalifere, ale unor exploatări de cărbune, pe soluri poluate cu Pb, Zn şi Cd etc.

4. În regnul animal relaţii de mutualism sunt întâlnite la unele specii de termite care nu pot digera celuloza decât cu ajutorul unor flagelate specializate – Trichonymphidae.

5. Relaţii de tip ajutor mutual: peştii sanitari, creveţii sanitari şi peştele,,client” de pe care înlătură ectoparaziţii, bacteriile şi ţesuturile necrozate; nagâţul pintenat care curăţă crocodilul de Nil de căpuşe şi de insectele care se adună pe pielea lui solzoasă etc.

6. Polenizarea. La cele mai multe specii dicotiledonate este realizată cu ajutorul insectelor, păsărilor, liliecilor sau mamiferelor mici, care sunt angajate în transferul polenului de la plantă la plantă. În schimb, polenizatorii beneficiază fie de nectar, fie de ulei sau polenul însuşi ca o sursă de hrană, fie de substanţe chimice complexe care sunt transformate în feromoni sexuali (de exemplu, masculii albinelor Euglossine care polenizează orhideele).

Unele relaţii între plantă şi polenizator implică o interacţiune strânsă de tip pereche, în care ambele specii depind una de alta (Yucca cacti şi molia de Yucca, smochin şi viespea smochinului), iar altele sunt întâmplătoare

(polenizatorii recoltează nectarul sau polenul de la orice plantă, de-a lungul anotimpurilor etc.).

Alt exemplu, este mutualismul plantă-furnică. Plantele oferă furnicilor zaharuri şi proteine prin glandele specializate, sau protecţie fizică la baza unor spini (la Acacia, de exemplu), iar acestea la rândul lor asigură apărarea plantelor atacând intens orice intrus. Mutualismul şi adaptarea reciprocă în acest caz a devenit obligatorie, astfel încât speciile implicate nu mai pot exista separat.

7. Răspândirea seminţelor cu ajutorul rozătoarelor, liliecilor, păsărilor şi a furnicilor. Uneori sunt răspunzători de dispersia seminţelor chiar prădătorii acestora şi frugivorele care consumă pulpa fructelor şi elimină seminţele în fecale. În pădurile tropicale cca. 75% din speciile arboricole produc fructe cu pulpă ale căror seminţe sunt împrăştiate de animale. Plantele şi-au dezvoltat fructe bogate în energie ca o răsplată, dar şi pentru a încuraja atenţia acordată de frugivore. Nu este considerată relaţie mutuală însă, împrăştierea unor seminţe de către animale în cazul în care acestea se prind de blana lor, întrucât aceasta nu aduce nici un beneficiu animalului (ciulinii, de exemplu).

8. Alerta reciprocă a animalelor etc.Unele mutualisme oferă partenerului o armă de apărare împotriva

prădătorilor sau competitorilor. De exemplu, multe specii ierboase au o relaţie mutualistă cu Claviciptacae fungi, în care ciupercile cresc fie în interiorul ţesuturilor plantei, fie pe suprafaţa frunzelor şi produc alcaloizi ce conferă protecţie speciei ierboase împotriva erbivorelor sau prădătorilor de seminţe.

9. Simbioza dintre microorganisme şi insecte. Insectele şi acarienii sunt adesea asociate cu diferite microorganisme: bacterii, microfungi sau protozoare.

Termitele şi gândacii xilofagi, incapabili să degradeze celuloza şi lignina, conţin în mod obişnuit protozoare flagelate. Acestea poartă endosimbionţi bacterieni care le oferă o parte din celulazele necesare pentru degradarea substratului nutritiv.

7.2.4. Comensalismul (+ 0)

Este o relaţie obligatorie pentru organismul comensal şi indiferentă pentru “gazdă”. Comensalul foloseşte gazda sa pentru a se hrănii, ca adăpost, suport, mijloc de transport sau combinaţii ale acestora.

Multe exemple de comensalism le oferă ecosistemele acvatice. De exemplu, în cazul spongierilor, a racilor, cochilia scoicilor se adăpostesc larve de insecte, viermi; relaţia dintre crabi şi scoici etc.. Alte exemple le oferă ecosistemele terestre: plantele agăţătoare folosesc drept suport unii arbori (plantele epiphite) (fig. 7.10); în vizuina bursucului (sau a marmotei) se adăpostesc numeroase specii (coleoptere, şoareci de câmp etc.); în muşuroi profită de condiţiile favorabile, constante şi calde peste 2000 specii comensale sau parazite, stârcul de cireadă (Bubulcus ibis) întâlnit în regiunile tropicale şi subtropicale însoţeşte turmele de copitate pentru a-şi procura cu uşurinţă hrana (insectele din zona capului şi a copitelor acestora) etc. O relaţie ciudată de tip comensal este şi cea dintre actinie şi peştişorul-claun (Amphiprion unimaculatus). Peştişorul neajutorat găseşte adăpost între tentaculele anemonelor. Serviciul lui faţă de actinie însă nu este inocent, deoarece culoarea lui vie atrage atenţia peştilor carnivori, care astfel cad pradă cnidoblastelor anemonei. Ciudat este faptul că anemona acceptă numai 2-3 peştişori care o servesc, restul fiind devoraţi.

În cazul microorganismelor există două categorii de comensali: ectocomensali situaţi pe suprafaţa altor microorganisme, plante sau animale şi endocomensali prezenţi în tubul digestiv la animale.

Comensalismul se poate realiza prin modificarea fizică a mediului, sinteza unui nutrient sau factor de creştere esenţial pentru comensal, sinteza unor produşi care induc sau stimulează procese morfogenetice, conversia unor compuşi insolubili în forme solubile sau a unor compuşi solubili în compuşi gazoşi accesibili altor populaţii etc.

7.2.5. Amensalism (- 0),

Relaţia nu este obligatorie pentru niciunul din componenţi, însă când se produce, un component (amensalul) este inhibat în creştere sau dezvoltare de unele produse elaborate de partener (substanţe solubile organice – acizi graşi, etanol, toxine, enzime litice etc.) sau anorganice – NH3, H2S, etc.). Amensalismul are un caracter unidirecţional, deoarece numai o populaţie produce metaboliţi toxici sau inhibitori.

Fenomenul este important din punct de vedere ecologic deoarece determină distribuţia şi mărimea populaţiilor de microorganisme (contribuie la structurarea comunităţii), poate reduce fenomenul de competiţie interspecifică pentru nutrienţi, favorizează colonizarea selectivă a unui habitat, elimină unele microorganisme patogene pentru plante, animale sau om. În practică amensalismul poate fi folosit în tehnicile de conservare a alimentelor.

7.2.6. Competiţia (- -)

Reprezintă efectul negativ al unui organism asupra altuia, ca rezultat al utilizării sau consumării aceleiaşi resurse de mediu (factori ecologici, hrană, apă, loc de reproducţie etc.). De regulă, competiţia apare în mediul suprapopulat. Unii autori afirmă că existenţa competiţiei interspecifice nu este datorată ocupării aceleiaşi nişe, ci consumului aceleiaşi resurse

În literatură sunt evidenţiate 3 modele ale competiţiei: a. Competiţia prin exploatare (denumită şi competiţia exploatativă sau

competiţia resurselor) are loc atunci când diferiţi indivizi sau specii utilizează resurse comune – lumină, hrană, apă, adăposturi. Spaţiul este de asemenea o resursă importantă pentru organismele sedentare, în special plantele terestre, şi organismele acvatice (mai ales cele marine). Utilizarea unei resurse de către un individ sau o specie previne utilizarea aceleiaşi resurse de către un alt individ sau specie, iar dacă resursa este limitată, reducerea disponibilitaţi ei va afecta în mod negativ alţi indivizi sau specii. Există două aspecte de reţinut în legătură cu această formă de competiţie. În primul rând, competiţia prin exploatare este un efect indirect deorece efectele competitive sau inhibatoare se manifestă doar atuunci când resursa respectivă îşi micşorează disponibilitatea. În al doilea rând, resursa trebuie să să fie limitatată pentru a determina apariţia competiţiei. De exemplu: în Australia, singurele mamifere răpitoare importante erau două specii de marsupiale: lupul cu pungă (Thylacinus cynocephalus) şi diavolul cu pungă (Sarcophilus satanicus). Odată cu popularea zonei cu triburi venite din Indonezia a fost adus şi câinele Dingo (Canis dingo), care în stare de semisălbăticie a eliminat în întregime marsupialele existente, datorită competiţiei pentru aceeaşi hrană. Într-o pajişte, există competiţie între coada vulpii (Alopecurus pratensis) şi păiuş (Festuca sp.). Festuca în teren umed nu creşte în comunitate naturală cu Alopecurus, pentru că aceasta creşte repede, o umbreşte şi o înăbuşe. În terenuri mai uscate situaţia este inversă. În ecosistemele agricole, plantele agricole şi buruienile intră în competiţie pentru lumină, apă şi elemente nutritive.

Marea majoritate a organismelor terestre utilizează oxigen, dar această resursă nu este limitată pentru organismele terestre şi în consecinţă nu există competiţie între organisme pentru această resursă.

b. Competiţia prin interferenţă (denumită şi competiţia concurs) are loc atunci când unele organisme împiedică accesul altora la o resursă, chiar dacă resursa nu este limitată. Interferenţa implică în general interacţiuni la nivel chimic sau comportamental între organisme, înainte de utilizarea unei resurse. De reţinut că acest tip de competiţie implică un efect diferit al unui organism asupra competitorilor lui. Atunci când resursele sunt fixate spaţial, ele pot fi apărate prin comportamente teritoriale, ceea ce împiedică accesul altor indivizi sau specii la acele resurse. Acolo unde teritoriile unor specii diferite se suprapun, pot exista interacţiuni comportamentale care duc la realocarea resurselor, cum ar fi un ghepard care renunţă la hrană pentru a evita o confruntare cu un leopard sau un leu. În mod similar, unele specii produc inhibitori chimici de creştere, care reduc ratele de creştere ale altor specii, inhibând astfel abilitaţile lor de a exploata resurse. Gândacii de făină îşi altereaza hrana cu compuşi chimici, înhibând astfel creşterea competitorilor când aceştia o ingerează. În această situaţie, există o înlănţuire complexă a ambelor tipuri de competiţie (exploatare şi interferenţă), iar efectele lor nu se pot separa cu uşurinţă.

c. Competiţie indirectă, care se stabileşte între specii cu cerinţe diferite, atunci când una dintre ele consumă o resursă, care pentru altă specie este o condiţie a supravieţuirii. De exemplu, crapul chinezesc introdus în apele noastre, consumă macrofitele acvatice, care constituie substratul de depunere al icrelor la mulţi peşti, hrana pentru unele nevertebrate sau adăpost etc.

Competiţia este cea mai controversată formă a relaţiilor dintre specii: unii autori vorbesc despre efectul negativ al competiţiei pentru

anumiţi indivizi, alţii îi atribuie un rol primordial în evoluţie (Darwin Ch.), iar alţii o consideră un fenomen real în condiţii naturale, cu rol

deosebit în diversificarea adaptivă a speciilor, fără însă a fii îngrijoraţi de introducerile bruşte ale unor specii care pot avea efecte catastrofale.

În natură, de-a lungul timpului, speciile s-au adaptat la o viaţă în comun (coevoluţie).

De regulă, competiţia este atenuată prin specializarea extremă a nişelor. De exemplu, în pădure, competiţia este constantă la toate nivelurile: arborii cresc cu viteze diferite faţă de vegetaţia ierboasă (de exemplu, pinul numai ajuns la maturitate va determina dispariţia ierburilor de sub coroana lui); rădăcinile se vor dezvolta în straturi pentru a exploata diversele resurse etc.

7.2.7. Prădătorism (+ -)

Relaţie obligatorie, cu efect pozitiv pentru prădători şi negativ pentru pradă. Pornind de la definiţia,,prădării” (consumarea în întregime sau a unor părţi dintr-un alt individ –prada) se poate spune că prădători sunt: erbivorele, carnivorele sau omnivorele. În funcţie de dietă (hrană), unii prădători sunt extrem de specializaţi, alţii, din contră, au o dietă mai generalizată (în general, erbivorele sunt mai specializate decât carnivorele).

7.2.8 Prădătorismul şi evoluţia: caracteristicile prăzii care reduc riscul prădării

De-a lungul evoluţiei comportamentul prădătorilor a fost optimizat în vederea maximizării ratei câştigului de energie. În acest scop prădătorii au avut în vedere câteva elemente: conţinutul energetic al hranei; timpul de căutare şi localizare a hranei; pregătirea pentru atac; timpul scurs de la pregătire până la ingerarea prăzii; evitarea tipurilor de pradă care nu corespund gustului acestora sau sunt dăunătoare în vreun mod.

Astfel, comportamentul prădător a lucrat asupra caracteristicilor prăzii ca forţă selectivă puternică, iar prada a răspuns evoluând într-o gamă largă de direcţii pentru a reduce riscul prădării. Comportamentul prădător, însă, a fost doar una dintr-o arie largă de forţe selective care au operat asupra populaţiilor pradă. Selecţia a echilibrat riscurile şi câştigurile diferitelor presiuni selective.

7.2.8.1 Relaţii plante - erbivoreApărarea plantelor prin mijloace morfologice, fiziologice, comportamentale

etc. reprezintă o formă a relaţiilor plante – erbivore, care le permite primelor să supravieţuiască şi implicit să se reproducă.

Plantele, cu tot arsenalul de mijloace defensive, nu sunt pe deplin invulnerabile, întrucât nu dispun de mijloace eficace de apărare împotriva tuturor grupelor de consumatori. Adaptarea prin selecţie naturală s-a dirijat probabil în direcţia apărării împotriva grupului de duşmani cel mai primejdios pentru existenţa ei. Adaptările acestora pot fi de natură:

a. Anatomico-mecanică (structuri defensive): - ghimpi, spini – dispuşi pe diferite organe ale plantelor: pe tulpină la măceş (Rosa canina), la vârful sau marginea frunzelor (Agave, pălămidă-Cirsium arvense), sub inflorescenţă la albăstriţă (Centaurea cyanus) etc.; întinderea radiară a ramurilor doar în vârful tulpinii (Eucalipt, palmieri); mineralizarea ţesuturilor - la coada calului (Equisetum arvense), graminee, rodul pământului (Arum maculatum). Acest mod de apărare se adresează numai unor fitofagi (erbivore, în special) şi nu prezintă o specializare a apărării (Botnariuc, 1999).

b. Apărare chimică - prezintă în compoziţia organelor substanţe toxice azotate (glicozizi cianogenetici - Sorghum vulgare, alcaloizi - Conium maculatum, Atropa beladona, Datura stramonium, Papaver sp., Vinca sp., Senecio jacobea, Solanum demissum etc.) şi neazotate (Digitalis sanguinalis, Rhododendrum sp., Agrostema githago, Saponaria officinalis); diferite uleiuri eterice (frăsinelul - Dictamnus albus, izma – Mentha viridis, peliniţa – Artemisia austriaca); acizi organici, taninuri (măcriş - Rumex acetosela, frunze de stejar – Querqus robur); latex (rostopască - Chelidolium majus).

c. Bio-ecologică – allelopatia, existenţa unei sensibilităţi şi reacţii interne la unele impulsuri bioelectrice pe care le emit animalele (Mimosa pudica, Phitologica electrica –Nicaragua-), determinarea succesiunii grupelor de organisme din biocenoză (în cazul algelor –,,înflorirea apelor,,) etc.

Apărarea plantelor în general este costisitoare din punct de vedere energetic, dar şi material. Dezvoltarea sistemelor de apărare necesită o serie de resurse disponibile, precum elemente nutritive, lumină etc., care sunt necesare şi pentru dezvoltarea plantelor. Cercetările arată că în medii bogate în resurse predomină creşterea, în timp ce apărarea este mai redusă (Coley, 1985, Lerdau, 1994). A apărut astfel o nouă strategie de rezistenţă la presiunea erbivorelor (în afară de cea a apărării) şi anume strategia toleranţei (Rosenthal, Kotanen, 1994).

7.2.8.2 Relaţii carnivori – victimeFormele de apărare la animale sunt legate de unul dintre principalii factori

ai selecţiei naturale şi anume relaţiile victimă-duşman. Ca urmare a relaţiilor bilaterale se poate vorbi de apărarea individuală şi colectivă. Dacă ne referim la individ, această relaţie este benefică pentru prădător şi negativă pentru pradă. Din punct de vedere ecologic ne interesează însă relaţiile la nivel populaţional. În acest caz, prădătorismul poate fi benefic şi pentru pradă, întrucât răpitorul va consuma cu precădere organismele cu diferite deficienţe, pe cele aflate la o vârstă înaintată sau pe cele tinere care nu suficiente resurse, pentru capturarea cărora consumurile energetice sunt cele mai reduse.

Diversitatea mijloacelor de evitare a prădătorilor şi a prăzii:a. Apărare pasivă prin mijloace anatomice: coarne (recordul de mărime îl

deţin elanii uriaşi (Alces gigas) din Alaska 2m); colţii de mistreţ (Sus scrofa); cleşti - insecte (rădaşca-Lucanus cervus), raci şi crabi; carapace – broasca ţestoasă; ghimpi şi spini (arici –Erinaceus, porcii spinoşi – Hystrix cristata, şopârle) etc. De asemenea, mărimea unor animale le fac aproape invulnerabile la adevăraţii prădători (de exemplu în cazul exemplarelor adulte de elefant African - Loxodonta africana).

b. Apărare pasivă a animalelor prin protecţie chimică cu substanţe defensive (sângele larvei viespei cu ferăstrău – Athalia colibri, lichid volatil, usturător la gândacul bombardier – Brachinus etc); cu venin; mirosuri respingătoare prezente în special la insecte (ploşniţe) dar şi la păsări (pupăza) şi animale (vulpea femelă în perioada gestaţiei).

c. Apărare prin atitudini şi reacţii neaşteptate cum ar fi chipuri înspăimântătoare, simularea morţii (în special la coleoptere), sacrificiul voluntar (la lăcuste, şopârle), imobilizarea în piatră realizată prin imobilizarea unui intrus cu ajutorul unor secreţii (scoica de mărgăritare), emiterea unui şuierat ca de şarpe (şopârlă cu platoşă - Gerrhosaurus sp.) etc.

d. Apărare prin igienizare şi autoterapie – alungarea paraziţilor prin diverse metode; folosirea unor plante pentru vindecare (de exemplu uliul când simte că i-a scăzut vederea îşi umezeşte ochii cu secreţia de lăptucă sălbatică, rândunica se tratează cu suc de rostopască) sau revigorare3.

Ca rezultat al relaţiilor multilaterale, mijloacele de apărare sunt diverse. În această categorie se pot încadra cazurile care implică coexistenţa prăzii cu alte specii fără de care apărarea devine ineficientă:

e. Coloraţia de dezagregare se obţine prin alternarea unor dungi şi pete contrastante şi intens colorate suprapuse peste tonalitatea cromatică similară a mediului înconjurător. Astfel corpul animalului îşi pierde linia de contur şi apare defalcat pe porţiuni fiind greu de recunoscut. Desenul de dezagregare nu trebuie să fie obligatoriu permanent, ci poate fi prezent numai în anumite momente. Se întâlneşte la insecte, păsări, mistreţii tineri, dar şi la prădători ca: tigrii, şerpi etc..

f. Culori de avertizare au rol,,educativ”. Astfel, liniile contrastante de galben şi negru, albastru şi roşu, portocaliu şi verde sau alte combinaţii ale acestor culori sunt foarte eficiente în respingerea atacurilor multor prădători. Odată ce un prădător, de exemplu, a fost înţepat de o viespe sau a consumat o insectă viu colorată care i-a făcut rău acesta va învăţa foarte repede să evite organismele cu o coloratură similară.. De exemplu, fluturele Limentis archippus prezintă modele şi culori foarte asemănătoare cu fluturele monarh (Danaus plexippus). Fluturele monarh reţine glicozidele cardiace din specii de Euphorbia apărându-se astfel de atacul păsărilor (ingerarea acestor compuşi de către vertebrate poate produce vomă sau oprirea inimii) Cu toate că această 3 Opriş T. 1997, Forme de apărare în lumea vie, Ed. Forum, Bucureşti

coloratură este un mijloc foarte eficient de îndepărtare al prădătorilor, există prădători care se specializează în a se hrăni cu aceste tipuri de prăzi toxice (de exemplu, sunt păsări specializate în a consuma fluturele monarh).

g. Copierea celor temuţi (mimetismul - imitatorul seamănă foarte bine cu modelul) întâlnită la fluturi, diptere, furnici, peştii sanitari şi rar la mamifere care de regulă nu au mijloace bune de apărare. Imitarea priveşte coloritul corpului, forma lui, comportamentul etc. Sunt situaţii în care se imită un individ de temut (un fluture imită o viespe) sau altele în care există o asemănare generală între mai multe specii înrudite (mai multe specii de viespi seamănă între ele – rolul educativ este şi mai avantajos deoarece vor fi ferite din calea prădătorilor toate speciile de viespi, nu numai una). Acesta este un caz de falsă avertizare.

Nu toate formele de imitare din natură pot fi considerate mimetism. Pentru a fi mimetism există anumite cerinţe impuse: modelul şi imitatorul trebuie să fie din aceeaşi regiune şi să ocupe acelaşi biotop, să aibă instincte asemănătoare; modelul trebuie să fie mereu în număr mai mare decât imitatorul şi să aibă putere mare de educare (mijloacele de apărare să fie foarte eficace) (Botmariuc N., 1987).

h. Fitomimarea reprezintă imitarea plantelor de către animale. Cele mai sugestive exemple le întâlnim în pădure, a cărei biocenoză complexă oferă o imensitate de modele atât pentru formă cât şi pentru culoare. Sunt insecte care imită ramurile – lăcustele din familia Phasmida sau florile – o rudă a călugăriţei (Idolum diabolicum) când stă la pândă seamănă cu o floare (Gh. Budoi, 1990)Homocromia poate fi permanentă, sezonieră sau ocazională.

7.2.9. Parazitismul (+ -)

Relaţia este considerată o manieră de viaţă, în care un organism (parazitul) utilizează un organism al altei specii (gazda) drept habitat sau aliment (C.P. Roseau, 1972). Alţi autori văd parazitismul ca o relaţie intimă, obligatorie, în care parazitul depinde din punct de vedere fiziologic de gazdă (T.C. Cheng, 1986, C.C. Kennedy, 1975), sau un organism care are un rol nefast asupra procentului de creştere intrisecă a populaţiei gazdă (M. Anderson, 1978), sau un rol de reglare a acesteia (V.A. Dogiel, 1964).

Paraziţii pot fi clasificaţi în două mari grupe: microparaziţii, care se înmulţesc înăuntrul sau pe suprafaţa gazdei

(virusurile, bacteriile, ciupercile) macroparaziţii, care cresc în sau pe gazdă, dar nu se înmulţesc

(viermii helmintici, insecte, arachnide etc). Hiperparaziţii (parazitoizii) cuprind un grup mare de macroparaziţi care depun ouă în/sau pe corpul gazdei, ceea ce cauzează de obicei moartea acesteia.

Cei mai mulţi paraziţi supravieţuiesc numai pe ţesuturile vii, dar sunt şi paraziţi care supravieţuiesc pe gazdă şi după ce i-au cauzat moartea (necrotrofi, ciuperca Pytium).

Exemple: speciile de Cuscuta sp. care parazitează pe anumite plante, Orobanche ramosa (lupoaia florii-soarelui) – pe rădăcinile de floarea soarelui (fig 7.35); diverse himenoptere parazite care-şi introduc ouăle în ţesuturile plantelor, larvele acestora producând gale, tumori etc..

7.2.9.1 Transmiterea paraziţilor. Metode şi factori determinanţiTransmiterea paraziţilor poate fi realizată orizontal (printre membrii

populaţiei) mediată sau nu de un vector sau o gazdă intermediară sau vertical (de la mamă la urmaşi).

Factorii determinanţi în răspândirea paraziţilor sunt:a. concentrarea animalelor în anumite ecosisteme;b. introducerea unor noi animale într-o comunitate;c. igiena precară a aşternuturilor etc;d. scăderea imunităţii organismului;e. climatul: sunt specii de paraziţi care trăiesc în zonele tropicale, altele

care se dezvoltă la temperaturi extreme, iar supunerea la astfel de condiţii poate determina înmulţirea acestor paraziţi;

f. ecologia este esenţială în ciclul vieţii unor paraziţi. Paraziţii nu se pot înmulţii decât în situaţia în care sunt prezente gazdele, sau condiţiile din habitat îndeplinesc cerinţele de umiditate, temperatură, pH etc.;

g. expunerea faunei la paraziţi – prin introducerea unor intermediari în comunităţile de animale etc.;

h. contaminarea alimentelor etc.Asocierea strânsă între paraziţi şi gazdele lor a luat de-a lungul timpului

forma interacţiunii evolutive sau a coevoluţiei. Coevoluţia poate dezvolta la gazdă mecanisme de apărare şi obligă parazitul să depăşească aceste mecanisme de apărare – aşa numita,,cursă a înarmăriiăă. Sunt şi situaţii în care coevoluţia poate duce la reducerea virulenţei paraziţilor (este cazul paraziţilor sociali – ouăle cucului sunt recunoscute de gazde şi distruse 100%, în ciuda faptului că acestea imită foarte bine culoarea şi forma ouălor gazdei).

7.3. Allelopatia

7.3.1. GeneralităţiEtimologie: allelon - reciproc; pathe - influenţă. Termenul a fost introdus în

anul 1937 de Molisch.Substanţele alelopatice sunt compuşi chimici care iau parte la interacţiile

biochimice dîntre plante. Sunt de obicei compuşi secundari cu masă moleculară mică. Între aceşti compuşi predomină terpenoidele şi substanţele fenolice.

Majoritatea substanţelor alelopatice se găsesc mai întâi în corpul plantelor sub formă inactivă. În urma unor transformări ulterioare (hidroliză, oxidoreducere, metilare, etc.) se obţin compuşi noi cu proprietăţi alelopatice.

Efecte allelopatice se produc între specii diferite de plante şi chiar între indivizii din aceeaşi specie, mai cu seamă când se micşorează cantităţile de substanţe nutritive şi apă din mediul înconjurător. Efectul alelopatic dîntre indivizii aceleiaşi specii este denumit autotoxicitate .

Cercetări în domeniu au fost dezvoltate după cel de-al doilea război mondial de Grodzinskii, 1965, 1973; Muller, 1969; Penny, 1971; Rabotnov, 1974; Rice, 1974. În România informaţii despre aceste substanţe se găsesc în lucrările lui Borza şi Boşcaiu, 1965; Lăpuşan, 1962; Soran şi Raţiu, 1973; Chircă şi Fabian, 1971, 1973; Fabian, Raţiu, 1976 ş.a.

Efectele alelopatice se întâlnesc în toate regiunile geografice dar, sunt preponderente în zonele aride, sărace în precipitaţii.

Sub aspect agronomic, acumularea de substanţe allelopatice este una din cauzele fenomenului de oboseală a solului.

7.3.2. Clasificarea substanţelor alelopatice

D. Şchiopu (1997) clasifică substanţele allelopatice după cine le produce şi asupra cui acţionează. O prezentare succintă a acestora este realizată în tabelul 6.2.

Tabelul 6.2. Clasificarea substanţelor allelopaticeSubstanţele

cine le produce

asupra cui acţionează observaţii

colineplante superioare

plante superioare

acţionează ca inhibitoare, mai rar stimulente

marasminebacterii şi ciuperci fitopatogene

plante superioare

produc veştejirea frunzelor, necroze etc.

fitoncideplante superioare

bacterii şi ciuperci

le întâlnim în ceapă, usturoi, hrean, busuioc, gălbenele

antibiotice ciuperci bacterii

alcaloizi glicozizi plante animale

în cantităţi mici au acţiune terapeutică, depăşirea limitelor produce toxicitate – morfina (mac), atropină (mătrăgună), nicotina, cofeina ş.a. Sunt plante care conţin numai alcaloizi Colchicum sp (brânduşa de primăvară, Atropa sp (mătrăguna), Equisetum sp. (coada calului), Fagus sp (fagul), Chelidonium sp. (rostopască), Laburnum sp (salcâmul galben), iar altele atât alcaloizi cât şi glicozizi -Xantium sp (cornuţi), Tulipa sp (laleaua de pădure); Solanum melanogena (pătlăgelele vinete), S. lycopersicum (tomatele); numai glicozizi: Helleborus (spânz), Convolvulus (volbura), Iris (stânjenel) etc.

telergoni (feromon) animale animale

folosiţi ca atractanţi sexuali, pentru alarmă, marcarea teritoriului

99

Transferul energiei în ecosistem

9.1. Fluxul energetic

În interiorul ecosistemelor, fluxul energetic se realizează prin relaţiile trofo-dinamice stabilite între organisme, în timpul cărora energia suferă permanente transformări. La intrarea în lanţul trofic, radiaţia solară este transformată în energie chimică de către producătorii primari. Aceasta este apoi repartizată pe trepte trofice individuale şi, în final, returnată în mediul înconjurător sub formă de energie calorică.

Fluxul energetic este unidirecţional şi rezultă din conlucrarea celor două legi de bază ale termodinamicii:

- Conform primei legi, energia nu poate fi creată şi nici distrusă. Ea se transformă continuu în ecosisteme (lumină – energie chimică şi potenţială – energie mecanică, etc.).

- Cea de a doua lege se referă la faptul că fiecare transformare a energiei este însoţită de o degradare a acesteia, de la forma concentrată la cea dispersată, nedisponibilă (căldură). Rezultă deci că, transformarea energiei nu poate fi eficientă în proporţie de 100%.

În mediul anorganic, tendinţa de atingere a unei stări de echilibru implică pierderi de energie prin creşterea dezordinii în structură. Diferenţele de potenţial se echilibrează treptat, ajungându-se în final la o stare de echilibru termodinamic (entropie maximă – mărime fizică măsurabilă E-k x logD, unde k este constanta Boltzmann - 13,797 x 10-24KJ4, iar D este măsura cantitativă a dezordinii la nivel atomic).

În sistemele vii lucrurile se petrec astfel: fiinţele vii prin asimilaţie (plantele autotrofe) sau prin consumarea unei hrane bogate în energie (organisme heterotrofe), dar şi prin procesele metabolice, construiesc permanent structuri ordonate, pe care le menţin şi le multiplică, producând entropie negativă. Aceasta se împotriveşte pe toată durata vieţii organismului respectiv, creşterii entropiei. Costurile energetice necesare acestui scop se echilibrează prin respiraţie, proces prin care se îndepărtează din sistemul viu “dezordinea” permanent introdusă în sistem. Dar, deoarece creşterea entropiei negative este posibilă numai prin preluarea unei cantităţi mari de energie (din hrana specifică), organismele trebuie să-şi asigure permanent structuri ordonate din vecinătatea lor, structură care fundamentează existenţa şi creşterea unei ordini specifice organismului respectiv. Această ordine specifică se obţine prin transformarea energiei chimice în căldură (R. Bahrmann, 1999). Pe această bază, Erwin Schrödinger (1975), a formulat principiul conform căruia “schimbul de entropie constă în eliminarea entropiei pasive, respectiv a materiilor dezorganizate în mediu şi acceptarea de entropie negativă, respectiv a materiilor organizate din mediu”.

9.2. Viteza de transport a energiei

Viteza de transport a energiei în cadrul ecosistemelor are valori diferite, caracteristice. După ce energia radiantă a ajuns la sol, fluxul energetic suferă o încetinire de retur, în funcţie de dinamica ecosistemului receptor dat, în momentul respectiv.

La nivelul reţelelor trofice energia are viteze bine definite, caracteristice mediului traversat, pentru ca apoi să părăsească biosfera tot sub formă de energie radiantă.

Viteze mari de transport a energiei se observă în ecosistemele tinere şi relativ sărace ca număr de specii, aflate la începutul unei succesiuni. În ecosistemele mature, datorită complexităţii reţelelor trofice, fluxul de energie “se ramifică” pentru a traversa toată reţeaua trofică şi astfel viteza de transport a energiei scade. Apar diferenţe mari şi între ecosistemele acvatice şi cele terestre (pădure > ape). Exemplu: la nivelul vegetaţiei ierboase, energiei îi trebuie 3 ani pentru a putea traversa diferitele lanţuri trofice existente; în pădurile tropicale aproximativ 22,5 ani; în pădurile de foioase din zona temperată – 25 ani.

9.3. Producţia şi productivitatea ecosistemelor9.3.1. DefiniţiiÎntrucât cercetătorii din diverse domenii (agricultură, silvicultură, biologie,

oceanografie) sunt interesaţi să măsoare productivitatea a fost şi este necesară definirea unor parametri.

- Biomasa reprezentă cantitatea totală de substanţă organică sau energie acumulată într-un ecosistem sau pe un nivel trofic al acestuia, la un moment dat.

- Producţia biologică reprezintă cantitatea de substanţă organică realizată de un sistem biologic într-un interval de timp. Ea poate fi: primară (realizată de plantele autotrofe) şi secundară (realizată de consumatori).

- Productivitatea biologică reprezintă viteza potenţială cu care energia/biomasa este stocată în ecosistem, în unitatea de timp, de suprafaţă sau volum (cal/m2/an, g/m2/an s.u, t/ha/an s.u., g C/ m2/an etc.).

- Recolta reprezintă cantitatea de substanţă organică preluată într-o unitate de timp în biocenoză de către forţe externe (prădători, om etc.).

- Rata productivităţii unui nivel trofic arată eficienţa acestuia în raport cu nivel trofic anterior.

9.3.3. Producţia primară

Producţia biologică primară reprezintă cantitatea de substanţă organică realizată de către producătorii primari pornind de la materia sub formă minerală. Întreaga cantitate de energie solară asimilată de plante prin procesul de fotosinteză reprezintă producţia primară brută (PPB). Din această energie, o parte este utilizată de plantele care au produs-o pentru desfăşurarea proceselor metabolice, iar o altă parte este acumulată sub formă de substanţă organică în celulele şi ţesuturile plantelor, formând producţia primară netă (PPN). Rezultă că producţia primară netă reprezintă diferenţa dintre producţia primară brută şi consumul respirator (R). Ea reprezintă sursa de hrană disponibilă pentru nivelul trofic al fitofagilor sau altfel spus, cantitatea de energie potenţial disponibilă pentru consumatorii heterotrofi.

Productivitatea primară reprezintă viteza potenţială cu care energia, respectiv biomasa, sunt stocate în urma proceselor de fotosinteză de către un organism, o populaţie, în unitatea de timp, de suprafaţă sau volum.

Valoarea productivităţii primare depinde de zona geografică şi tipul ecosistemelor în care se realizează. Cele mai ridicate valori ale PPN sunt înregistrate în pădurile tropicale umede. Distribuţia productivităţii primare în mediul oceanic este total diferită de cea observată în ecosistemele continentale. Ea este condiţionată de conţinutul în săruri nutritive şi, în special, de fosfaţi. Zonele cele mai productive se întâlnesc în platourile continentale, în mările subarctice şi formaţiunile coraliene .

9.3.4. Producţia secundară

Producţia secundară este reprezentată de producţia biologică realizată de organismele heterotrofe. Este brută când se referă la toată energia asimilată de consumatori şi, netă, când ne referim numai la sporul în greutate rezultat după eliminarea din organism a substanţelor neasimilabile, a cataboliţilor etc.

Productivitatea secundară reprezintă viteza de acumulare a substanţei şi energiei la nivelul consumatorilor. Acumularea substanţei şi energiei la nivelul consumatorilor depinde de numărul consumatorilor, frecvenţa schimbării generaţiilor, de longevitatea individuală, natura ecosistemului.

9.4. Eficienţa transferurilor

Pentru a înţelege modelul fluxului energetic trebuie să avem în vedere trei categorii de eficienţe a transferului: eficienţa consumului (EC), eficienţa asimilaţiei (EA) şi eficienţa producţiei (EP).

Eficienţa consumului (EC) este reprezentată de procentul din productivitatea totală existentă la un nivel trofic (Pn-1) care este consumat de un nivel trofic superior (ln).

EC = (ln/Pn-1) x 100. 9.14Eficienţa consumului la erbivore este foarte scăzută. Cea mai mare parte a

energiei acumulate în biomasa vegetală ajunge direct în lanţul detritic deoarece: pentru consumatorii primari este disponibilă doar o mică parte a

fitomasei (erbivorele consumă plante ce se află la distanţe accesibile lor);

în zonele în care producţia de fitomasă este condiţionată de variaţiile climatice, capacitatea biotopurilor de a suporta o comunitate de consumatori primari se reglează în funcţie de volumul biomasei vegetale existente în anotimpul nefavorabil;

biomasa vegetală este valorificată doar parţial de către consumatorii primari;

duşmanii erbivorelor reglează densitatea populaţiei de fitofage etc.În cazul consumatorilor secundari eficienţa este dată de raportul de

erbivore consumate de către carnivore. Datele referitoare la eficienţa consumului pentru carnivore sunt puţine. Prădătorii vertebraţi pot consuma 50-100% din prada vertebrată şi numai 5% din prada nevertebrată. Prădătorii nevertebraţi pot consuma până la 25% din prada nevertebrată. Cifrele medii pentru eficienţa consumului în diferite biomuri sunt de 5% în păduri, 25% în savane, 50% în ape.

Eficienţa asimilaţiei este măsurată prin randamentul acesteia. Randamentul este dat de raportul energie asimilată/energie ingerată.

EA=(An/In) x 100 9.15în care, An – este cantitatea de energie,

In – este cantitatea de energie ingerată. Randamentul asimilaţiei este determinat de mai mulţi factori:1. Calitatea alimentelor consumate. De obicei, hrana de origine animală

este mai bine asimilată decât cea vegetală. Acest lucru se poate explica prin faptul că biomasa animală posedă un conţinut superior de energie în raport cu cea vegetală. După Remmert (1984), citat de Rudolf Böhrmann, unui gram de substanţă animală îi corespund 23,4 kj, pe când unui gram de substanţă vegetală – doar 19,2 kj;

2. Conţinutul în apă al unor plante;3. Vârsta prăzii etc.

Seminţele plantelor sunt asimilate cu o eficienţă de până la 70%, iar frunzele cu 50%.

Eficienţa producţiei reprezintă procentul de energie asimilată (An) care este încorporată în noua biomasă (Pn).

Endotermele au un randament de conversie scăzut, de aproximativ 2%, iar ectotermele de aproximativ 10%. Pierderea de energie prin respiraţie este de 99%, respectiv, 90%. Toate celelalte organisme au o eficienţă de 30-40%. Rezultă că eficienţa producţiei este influenţată de regimul de termoreglare al corpului. La organismele endoterme, eficienţa creşte o dată cu mărimea lor, iar la cele ectoterme, descreşte o dată cu mărimea lor.

În ecosistemele terestre, organismele animale contribuie doar într-o mică măsură la transferul total al energiei în lanţurile trofice, însă, importanţa acestor organisme creşte (calitativ) în procesele de disipare a energiei.

De exemplu: prin excrementele produse, animalele din sol, stimulează dezvoltarea

populaţiei bacteriene, ceea ce contribuie la intensificarea schimburilor de materie;

au rol în stimularea proceselor de descompunere a resturilor vegetale;

prin deplasarea lor în sol, modifică proprietăţile fizico-chimice stimulând creşterea plantelor şi înmulţirea nevertebratelor.

nematodele şi acarienii participă activ la fluxul energetic.Disiparea energiei se exprimă prin echivalentul energetic al diferenţei

dintre biomasa produsă şi pierderea de biomasă pe nivelurile trofice individuale.

1212

Introducere în protecţia mediului

12.1. Noţiuni

a. Mediul înconjurător este o noţiune fundamentală care stă la baza ecologiei ca ştiinţă, fiind susceptibilă în raport cu necesitatea punerii în valoare sau a ocrotirii elementelor sale componente, de reglementare juridică. Aşa cum reiese din literatură, această noţiune nu este definită într-un mod unitar, ambiguitatea termenului fiind consecinţa conotaţiei date în diverse domenii - ştiinţele naturii, arhitectură, urbanism, drept etc. Spre exemplu, ecologii văd ,,mediul” un ansamblu format din comunităţile biologice şi factorii abiotici (sau altfel spus ansamblul de elemente şi echilibre de forţe concurente, de natură diversă, care condiţionează viaţa unui grup biologic. Sunt şi definiţii mai cuprinzătoare, de exemplu, St. Godeanu defineşte mediul înconjurător ca fiind ,,reprezentat de mulţimea factorilor naturali şi artificiali, de ordin biologic, fizico-chimic şi social, capabili să influenţeze direct sau indirect starea componentelor abiotice şi biotice ale biosferei”. Alte definiţii au în vedere elemente comune precum: viaţa omului, calitatea vieţii şi fiinţa umană. Arhitecţii consideră mediul drept zona de contact între un spaţiu construit şi mediul ambiant (natural şi artificial)

În DEX, mediul este definit ca fiind ,,natura înconjurătoare alcătuită din totalitatea factorilor externi în care se află fiinţele şi lucrurile”. Mediul, în acest caz, apare ca un sistem infinit sau ca un mediu general. Se spune însă că orice fiinţă vie are un mediu înconjurător al ei, care îi influenţează creşterea, dezvoltarea şi comportamentul. Ansamblul forţelor care acţionează imediat şi nemijlocit asupra unei fiinţe constituie mediul eficient. Conform dicţionarului Grand Larousse (1972) mediul este definit ca ,,ansamblul de elemente naturale

ori artificiale care condiţionează viaţa omului”, fără a se avea în vedere şi termenul de protecţie. Sunt şi lucrări care consideră noţiunea de ,,mediu” sinonimă cu mediul înconjurător, ambiant, ecologic sau de viaţă. În literatură s-a încercat clasificarea tipurilor de mediu după mai multe criterii astfel:

după componentele biologice: mediu biotic şi mediu abiotic; după natura fizică: mediu terestru, aerian şi acvatic; după natura chimică: medii dulcicole (lacuri, bălţi), medii salmastre

(salinitate medie), sărate (mări) şi foarte sărate; după pH: medii acide, alcaline sau neutre; după intervenţia antropică: mediu urban, rural, mediu afectat de om

şi mediu natural; după domeniul întinderii: mediu geografic, operaţional, perceptual şi

comportamental.Într-o altă opinie mediul este reprezentat de: mediul artificial (alcătuit din

mediul de cartier, locul de muncă, odihnă, recreere) şi mediul natural (relieful cu peisajele specifice, apele, pădurile, fauna, flora, microorganisme, aerul etc.).

Mediul ca obiect de protecţie juridică trebuie însă analizat aşa cum diferite acte normative îl definesc ( legi naţionale, reglementări internaţionale).

Conform Programului Naţiunilor Unite pentru Mediu (PNUE), factorii de mediu care devin componentele mediului înconjurător se clasifică în: mediul înconjurător natural (care cuprinde factorii naturali ai mediului) şi mediul înconjurător uman (care cuprinde mediul construit şi mediul social).

In opinia reprezentanţilor CE, mediul înconjurător este definit ca fiind ,,ansamblul de elemente care în complexitatea relaţiilor lor, constituie cadrul, mijlocul şi condiţiile de viaţă ale omului, acelea care sunt ori cele ce nu sunt resimţite”. Un element de noutate în această definiţie este acela că mediul este considerat un bun care aparţine întregii colectivităţi şi, drept consecinţă, acesta nu poate fi lăsat spre folosire la întâmplare.

În Constituţia României termenul de mediu nu este definit în mod expres, însă din textul art. 135 reiese că ,,mediul este cadrul propice creării condiţiilor necesare pentru creşterea calităţii vieţii”. De asemenea, în acelaşi articol se precizează că ,,refacerea şi ocrotirea mediului înconjurător, precum şi menţinerea echilibrului ecologic” sunt asigurate de către statul român.

În Legea protecţiei mediului nr. 137/1995 mediul era definit ca ,,ansamblul de condiţii şi elemente naturale ale Terrei: aerul, apa, solul, subsolul, aspectele caracteristice ale peisajului, toate straturile atmosferice, toate materiile organice şi anorganice, precum şi fiinţele vii, sistemele naturale în interacţiune, cuprinzând elementele enumerate anterior, inclusiv valorile materiale şi spirituale, calitatea vieţii şi condiţiile care pot influenţa bunăstarea şi sănătatea omului”. Definiţia a fost preluată şi în art. 1 alin. 2 din Ordonanţa de urgenţă a Guvernului nr. 195/2005 privind protecţia mediului.

b. Calitatea mediului. Prin calitatea mediului se înţelege starea acestuia la un moment dat, rezultată din integrarea tuturor elementelor sale structurale şi funcţionale, capabile să asigure o ambianţă satisfăcătoare necesităţilor multiple ale vieţii omului.

Cunoaşterea calităţii mediului implică cunoaşterea şi analizarea unui număr mare de aspecte. De exemplu, referitor la calitatea aerului se fac aprecieri asupra prezenţei unor gaze, substanţe solide, hidrocarburi, conţinutul în unele elemente chimice, substanţe organice, anorganice, iar exprimarea este în g/m3, mg/m3, %, prin indici de calitate şi indice general de poluare. Calitatea apelor se exprimă prin gradul de impurificare cu diferite substanţe, prin starea naturală a apelor respective şi prin indicatori chimici şi biologici, iar calitatea solurilor se apreciază după contaminarea cu diferite substanţe, producţiile obţinute, diminuarea producţiilor.

Pentru controlul calităţii mediului în literatura de specialitate se foloseşte termenul de monitorizare a mediului. Conform Ordonanţei de urgenţă nr. 195/2005 prin monitorizarea mediului se înţelege ,,supravegherea, prognozarea, avertizarea şi intervenţia în vederea evaluării sistematice a dinamicii caracteristicilor calitative ale elementelor de mediu, în scopul cunoaşterii stării de calitate şi a semnificaţiei ecologice a acestora, a evoluţiei şi implicaţiilor sociale ale schimbărilor produse, urmate de măsurile care se impun. Sistemele de monitoring conduc la:

cunoaşterea gradului de afectare a calităţii mediului sub influenţa diferitelor activităţi umane;

obţinerea din timp a unor observaţii obiective care să poată permite sesizarea tendinţelor în desfăşurarea proceselor ecologice devreme şi clar;

stabilirea şi impunerea măsurilor de protecţie, conservare, reconstrucţie şi retehnologizare;

aprecierea reală a raportului cost/beneficiu a lucrărilor tehnice; realizarea unui control al eficienţei măsurilor ce se iau pentru

protecţia mediului.Un alt concept operaţional în domeniu este cel de ,,calitate a vieţii”. B.

Jouvenal defineşte calitatea vieţii ca fiind ,,totalitatea posibilităţilor oferite individului de către societate, în scopul de a-şi amenaja existenţa, de a dispune de produsele ei şi de a-i folosi serviciile pentru organizarea existenţei individuale după trebuinţele, cerinţele şi dorinţele proprii”. Acest concept se leagă de civilizaţie, de creşterea economică, de nivelul tehnic şi dezvoltarea industrial-urbană.

c. Poluarea mediului. Deteriorarea mediului presupune ,,alterarea caracteristicilor fizico-chimice şi structurale ale componentelor naturale şi antropice ale mediului, reducerea diversităţii sau productivităţii biologice a ecosistemelor naturale şi antropizate, afectarea mediului natural cu efecte asupra calităţii vieţii, cauzate, în principal, de poluarea apei, atmosferei şi solului, supraexploatarea resurselor, gospodărirea şi valorificarea lor deficitară, ca şi prin amenajarea necorespunzătoare a teritoriului),,.

Prin poluant se înţelege ,,orice substanţă, preparat sub formă solidă, lichidă, gazoasă sau sub formă de vapori ori de energie, radiaţie electromagnetică, ionizantă, termică, fonică sau vibraţii care, introdusă în mediu, modifică echilibrul constituenţilor acestuia şi al organismelor vii şi aduce daune bunurilor materiale, iar poluarea reprezintă introducerea directă sau indirectă a unui poluant care poate aduce prejudicii sănătăţii umane şi/sau calităţii mediului, dăuna bunurilor materiale ori cauza o deteriorare sau o împiedicare a utilizării mediului în scop recreativ sau în alte scopuri legitime.

d. Protecţia mediului. Ca noţiune, protecţia mediului înconjurător a fost şi este de cele mai multe ori asociată fenomenului de poluare, dar în realitate conţinutul acestei noţiuni este mult mai cuprinzător. Protecţia mediului are în vedere următoarele acţiuni:

gospodărirea raţională a resurselor, evitarea dezechilibrelor prin conservarea naturii, evitarea poluării mediului precum, reconstrucţia ecologică a acestuia -D. Şchiopu.

Baza ştiinţifică a acestor activităţi este asigurată de ecologie care fundamentează biologic alegerea unor măsuri de protecţie politică, juridică şi economică.

Măsurile de protecţie a mediului trebuie să cuprindă ,,instituirea unei obligaţii, stabilirea unor condiţii speciale şi stipularea unor interdicţii privind utilizarea raţională a resurselor naturale, prevenirea şi combaterea poluării mediului şi a efectelor dăunătoare ale fenomenelor naturale asupra elementelor sale componente. Toate aceste măsuri au un sigur scop şi anume cel de menţinere a echilibrului ecologic în vederea asigurării unor condiţii de viaţă şi de muncă tot mai bune generaţiilor viitoare.

e. Dezvoltarea durabilă. Omul utilizează resursele naturale în vederea satisfacerii nevoilor sale strict biologice, dar şi pentru crearea mijloacelor de transformare a mediului în funcţie de dezvoltarea economico-socială. Pentru a garanta dezvoltarea socio-economică durabilă este necesar să se asigure conservarea resurselor şi a serviciilor produse de acestea în limitele de toleranţă a componentelor sale –dezvoltare durabilă-.

12.2. Factorii poluanţi şi tipuri de poluare

Factorii poluanţi pot fi:A. după originea (provenienţa) lor:

naturali; antropogeni;

B. după natura lor: fizici (particule solide, radiaţii ionizante, emisiuni masive de energie,

zgomote etc.); chimici (derivaţi ai multor elemente chimice, diverse substanţe

chimice de sinteză); biologici (anumite specii de plante, animale şi mai ales

microorganisme);C. după starea de agregare:

lichizi; gazoşi; solizi;

D. după cum poluanţii sunt sau nu neutralizaţi, în timp, sub acţiunea microorganismelor existente în mediu:

poluanţi biodegradabili; poluanţi nebiodegradabili.

În funcţie de această grupare a factorilor poluanţi distingem mai multe tipuri de poluare:

A. – După originea poluanţilor:1. Poluare naturală - provocată de diverse cauze naturale:

incendii naturale; furtuni de nisip şi praf; vulcani activi; cutremure de pământ ape subterane saline sau acide; polenul diverselor plante; dereglările meteorologice; emisiuni masive de energie.

2. Poluare antropogenă - determinată de om ca rezultat al activităţilor industriale, agricole sau gospodăreşti:

poluare industrială; poluare agricolă; poluare menajeră.

B. - După natura poluanţilor:1. Poluare fizică : - termică, fonică, luminoasă, radioactivă etc.

2. Poluare chimică: cu derivaţi ai C, S, N, F, O, Cl etc.; cu derivaţi ai metalelor grele (Pb, Cr, Co etc.); cu mase plastice; cu pesticide; cu materii organice fermentescibile etc.

3. Poluare biologică: contaminarea microbiologică a mediilor inhalate, ingerate şi a

solului; modificări ale biocenozelor, invazii de specii vegetale şi animale.

4. Poluarea ,,estetică” – prin degradarea peisajelor, ca urmare a urbanizării şi sistematizării eronate.

C. – După starea de agregare a poluanţilor:1. Poluare cu lichide;2. Poluare cu gaze şi vapori;3. Poluare cu substanţe solide.

12.3. Circulaţia, dispersarea şi concentrarea poluanţilor în biosferă

Poluanţii, după ce au fost emanaţi în mediu suferă acţiuni de transport pe diverse căi: curenţi de aer, apă, particule de sol, organisme vii şi chiar omul.

De la producătorii primari poluanţi trec la consumatorii de diferite ordine prin reţeaua trofică, spre nivelurile superioare, realizându-se deplasarea şi dispersia, conform piramidei inverse de biotop. Urmărind transferul poluanţilor de-a lungul lanţului trofic a fost sesizat un fenomen deosebit de important prin consecinţele sale, numit ,,amplificare biologică” sau ,,bioacumulare”. Unii poluanţi pe parcursul lanţului trofic nu sunt eliminaţi sub formă de deşeuri metabolice, ci sunt reţinuţi şi utilizaţi în noi sinteze sau depozitaţi în organismele consumatorilor, realizându-se concentraţii crescânde spre nivelurile superioare ale piramidei trofice. Conform acesteia, biomasa organismelor scade de la producători spre consumatorii de vârf, realizându-se fenomenul de amplificare biologică). Cunoaşterea acestui fenomen are o mare importanţă deoarece unele substanţe ce au în biotop concentraţii reduse pot ajunge la unii consumatori din vârful piramidei trofice la concentraţii foarte mari, ce pot deveni letale.

Un fenomen sesizat la unele din insecticidele folosite în prezent (de exemplu, Furadan) este diluarea biologică. Furadanul (s.a. – Carbofuran, C12H15NO3) este un insecticid foarte toxic, sistemic, încât plantula rezultată din sămânţa tratată va conţine pesticidul, deci va fi toxică. Odată cu creşterea fitomasei concentraţia pesticidului va scădea sub limite letale, deoarece cantitatea sa va rămâne aproximativ aceeaşi sau uneori se diminuează ca urmare a metabolizării acestuia de către plantă.

12.4. Exprimarea toxicităţii.

Poluanţii se caracterizează prin: limita de concentraţie la care se face resimţit efectul poluant, ceea

ce impune stabilirea, prin metode biologice, fizico-chimice şi biochimice complexe a concentraţiei maxime admise la un moment dat (CMA);

grad de persistenţă. Persistenţa poluanţilor depinde de: reactivitatea lor chimică (cu cât sunt mai reactivi, cu atât persistenţa lor este mai mică); biodegradabilitatea lor; condiţiile climatice (majoritatea poluanţilor persistă mai mult în regiunile cu climat rece decât în cele

tropicale sau ecuatoriale); influenţa reciprocă, manifestată în cazul prezenţei simultane a mai

multor poluanţi prin efecte de sinergism, antagonism sau anergism.Organismele prezintă limite de toleranţă diferite faţă de poluanţi.

Toxicitatea poluanţilor se manifestă prin: efecte acute (efecte de scurtă durată) ce se exprimă prin: doză

letală, concentraţie letală (CL), concentraţia medie admisă (CMA), timp letal (TL50);

efecte cronice - efecte pe o perioadă lungă de timp, pe mai multe cicluri de viaţă. Acestea sunt în general ireversibile.

Factorii de care depind efectele toxice sunt: elemente poluante: toxicitate, concentraţie, timpul de acţiune, etc.; componentele biocenozei şi caracteristicile lor: speciile componente,

numărul lor, vârstă, sex, starea de sănătate etc.; condiţiile în care are loc poluarea: temperatură, umiditate relativă,

substanţe nutritive.

1313

Protecţia atmosferei

13.1. Generalităţi

Atmosfera este învelişul aerian al pământului cu o masă de circa 5,15x1015t. Limita ei superioară se află la o înălţime de aproximativ 1000 km deasupra nivelului mării. În stratul cu o grosime de 5,5 km de deasupra pământului este concentrată jumătate din masa atmosferei iar în stratul cu grosimea de 40 km – mai bine de 99% din masa atmosferei.

Atmosfera conţine azot (N2) în proporţie de aproape 4/5 (78,11 %), oxigen (O2) - (20,953 %), argon (Ar) - 0,934 %, bioxid de carbon (CO2), - 0, 0382 %, ozon (O3) şi alte gaze, praf, fum, alte particule în suspensie, etc.

Prin protecţia atmosferei se urmăreşte prevenirea deteriorării şi ameliorarea calităţii acesteia, în vederea evitării apariţiei unor efecte negative asupra sănătăţii umane, a biodiversităţii şi a calităţii mediului, în general.

Poluarea aerului constă în schimbarea compoziţiei sub aspectul proporţiei dintre constituenţii săi şi/sau prin apariţia unor noi constituenţi, cu efecte dăunătoare asupra biocenozelor şi/sau biotopului. Conceptul de poluare atmosferică nu presupune numai impurificarea propriu-zisă a aerului ci are în vedere şi prevenirea, cuantificarea şi limitarea efectelor ei, precum şi unele aspecte juridice şi de etică socială. Practic, principalele aspecte ce trebuie luate în considerare atunci când se studiază o problemă de poluare atmosferică sunt de natură interdisciplinară şi privesc:

localizarea: probleme globale; poluare transfrontieră; reţele alarmă; sursele: naturale; combustie; industriale; transporturi; poluanţii: elemente şi compuşi chimici; mod de acţiune;

caracteristici; măsurători: imisie; la emisie; prelevare; analize; metode; aparate; prevenire: desprăfuire; epurare; tehnologii nepoluante; instalaţii;

metode; aparate; dispersie: studii dispersie; meteorologie; topografie; coşuri;

interacţiuni efecte: pt. om, animale, plante; probleme medicale, psihologice,

morale, financiare; management: aspecte juridice, administrative, economice, sociale,

organizatorice.Sursele de poluare atmosferică se clasifică astfel:    A. După originea lor, în:

surse naturale - din această categorie fac parte omul şi animalele, plantele (fungi, polen, substanţe organice şi anorganice), solul (viruşi, pulberi datorate eroziunii), apa, descompunerea materiilor organice vegetale şi animale, incendierea maselor vegetale, erupţiile vulcanice (cenuşă, compuşi de sulf, oxizi de azot şi de carbon); furtunile de praf;

surse antropice:din această categorie fac parte sursele industriale (surse staţionare: surse bazate pe procesele de combustie din activităţile menajere sau industriale - pulberi, oxizi de sulf, de carbon - şi surse bazate pe procese industriale - oxizi de fier, mangan, nichel, plumb, cadmiu, fluor etc.); şi traficul (surse mobile).

Deşi intensitatea poluărilor antropice ale atmosferei este mai mică decât emisia naturală globală, sursele tehnogene duc la mari poluări locale ale mediului aerian.

   B. După tipul de activitate în: arderi în energie şi industrii de transformare; instalaţii de ardere neindustriale; arderi în industria de prelucrare; procese de producţie; extracţia şi distribuţia combustibililor fosili şi a energiei geotermale; utilizarea solvenţilor şi a altor produse; transport rutier şi aerian; tratarea şi depozitarea deşeurilor; agricultură.

13.2. Poluanţii atmosferici

Oxidul de carbon nu poate fi depistat organoleptic deoarece este incolor, inodor şi insipid. Concentraţia medie în atmosfera nepoluată este destul de mică (0,05- 0,1 p.p.m.). Dacă se are în vedere masa totală, oxidul de carbon este unul din principalii poluanţi ai mediului atmosferic. Conţinutul total de CO din atmosfera terestră este de 5,2x108 tone. Timpul mediu de rezidenţă a CO în atmosferă este de circa 6 luni. Oxidul de carbon are acţiune asfixiantă. În combinaţie cu hemoglobina formează carboxihemoglobina, care reduce capacitatea de oxigenare a ţesuturilor. Sângele unui orăşean conţine 1-2% carboxihemoglobină, din cauza aerului poluat de automobile, iar al marilor fumători conţine 4-5%.

CO este prezent în fumul rezultat din arderea cărbunilor, dar şi în aerul din zonele intens circulate de autovehicule. De asemenea, se găseşte în adăposturile neaerisite, în locurile în care se depozitează tescovina etc. În zona tropicală, o sursă naturală importantă de CO este rezultată prin oxidarea terpenelor produse de arbori.

Simptomele intoxicaţiei cu monoxid de carbon nu sunt specifice şi de aceea pot fi asemănătoare cu simptomele prezente în alte boli. Aceste simptome includ: dureri de cap, greaţă, stare de vomă (adesea întâlnite la copii), ameţeală, oboseală. Alte simptome pot include: confuzie, somnolenţă, ritm cardiac şi puls rapid, vedere slăbită, dureri toracale, convulsii, atacuri de diferite forme, pierderea conştienţei. Simptomele întârziate sau efectele intoxicaţiei pot duce

la: pierderea memoriei, modificarea personalităţii, dezorientare, pierderea auzului şi tulburări în comportament şi dificultăţi în memorare (tabelul 13.1).

Tabelul 13.1COP –ppm în atmosferă

COHb % în sânge Simptome

10 2 Asimptomatic70 10 Efecte nesemnificative, dilataţii

ale vaselor120 20 ameţeli220 30 Iritaţii, oboseală, dereglări ale

memoriei, diminuarea vederii350-520 40-50 Confuzie, colaps

800-1220 60-70Convulsii intermitente, deficienţe respiratorii, moarte la expunere pe o perioadă lungă de timp

1950 80 Moarte rapidăSursa: Ellenhom s medical toxicology, 2nd Ed. Baltimore, MD, Lippiccot W şi Wilkins

La animale se observă stări de agitaţie, slăbiciune musculară, stări convulsive etc.

Plantele sunt insensibile la unele concentraţii care pentru animale sunt toxice. Mari cantităţi de CO sunt fixate în sol şi sunt degradate de microorganisme.

Standardul US privind calitatea aerului ambiental stabileşte o limită (pentru aerul exterior) de 9 ppm (40000 micrograme/m3) timp de 8 ore şi de 35 ppm pentru o oră. În legislaţia naţională valoarea limită pentru emisiile de monoxid de carbon (pentru protecţia sănătăţii oamenilor) este: 10 mg/m3 la 8 ore (valoare maximă zilnică a mediilor glisante calculate din mediile orare).

Dioxidul de carbon (CO2) se găseşte normal în aerul atmosferic în proporţie de 0,03-0,004%. La 24 ore este admisă o doză medie de 2 mg/m3. Creşterea concentraţiei admise poate fi cauzată de fumul sau emanările de gaze ale diferitelor instalaţii industriale şi laboratoare, fabrici de bere, silozuri etc. Depăşirea limitelor admise afestează vegetaţia şi ecosistemele. Peste limita superioară admisă, CO2 provoacă intoxicaţii ca urmare a inhibării ireversibile a unor sisteme enzimatice, afectează sistemul nervos central etc.

Oxizii de azot joacă rolul principal în formarea smogului fotochimic şi contribuie la distrugerea stratului de ozon.

Ei sunt generaţi în păturile superioare ale atmosferei, ca urmare a descărcărilor electrice, dar pot proveni şi din traficul auto, de la fabricile producătoare de îngrăşăminte cu azot şi de la cele petrochimice, arderea combustibililor fosili, gaze, păcură şi cărbuni, centralele termice etc.

Frecvent se întâlnesc monoxidul de azot (NO - gaz incolor, are miros şi este puţin solubil în apă) şi dioxidul de azot (NO2 - culoare roşu-oranj-brun, miros iritant), prezenţi în concentraţii ce variază în sens invers în cursul unei zile: dimineaţa şi seara este mai mare concentraţia de NO, iar spre prânz, mai ales în zilele însorite, NO2.

In afară de NO şi NO2, în atmosferă ajung şi alţi oxizi: N2O (eliminat numai de microorganismele solului, stabil în troposferă), NO3, N2O3, N2O4, N2O5. Particulele de NO3 şi N2O5 se descompun în straturile inferioare ale atmosferei şi sunt destul de stabile în straturile superioare. In troposferă trioxidul se descompune prin interacţiune cu NO: NO3 + NO 2NO2.

Dioxidul de azot este de patru ori mai toxic decât monoxidul. El este constituentul principal al smogului.

Oxizii de azot produc decolorarea frunzelor sau determină necroze foliare. Valoarea limită pentru protecţia vegetaţiei şi a ecosistemelor în cazul oxizilor de

azot este de 30 µg/m3. Asupra animalelor au acţiune iritantă şi le micşorează rezistenţa la boli. Se combină cu hemoglobina, rezultatul fiind methemoglobina, cu consecinţe nefaste asupra oxigenării ţesuturilor şi organelor. Concentraţii mai mari de 188 mg/m3 sunt letale pentru cele mai multe specii de animale .

Oxizii de sulf sunt printre cei mai comuni poluanţi. Cei mai răspîndiţi compuşi ai sulfului evacuaţi în atmosferă sunt: dioxidul de sulf - SO2, carbonilsulfura - COS, sulfura de carbon - CS2, sulfura de hidrogen - H2S şi dimetilsulfura-(CH3)2S.

Sulful se găseşte în multe minereuri şi combustibili (cărbuni-1,4%, petrol, produse petroliere - 0,1 - 3,7%). Principalele surse de sulf le constituie arderea combustibililor fosili (cca. 75%) şi procesele industriale – rafinarea petrolului, topirea metalelor, uzine de acid sulfuric, circulaţia vehiculelor etc.

Oxizii de sulf contribuie substanţial la producerea ,,ploilor acide”4. Bioxidul de sulf şi oxizii de azot rezultaţi din arderea combustibililor fosili sfârşesc prin a reveni pe pământ sub formă de acid sulfuric şi acid azotic dizolvaţi în apa de ploaie, care devine o soluţie acidă extrem de corozivă.

La plante produce lezarea ţesuturilor, decolorarea frunzelor (inhibă fotosinteza), schimbări în metabolismul proteinelor, în bilanţul lipidelor, în activitatea enzimatică. La animale şi om agravează tulburările respiratorii, au efect iritant asupra tegumentelor cu care vine în contact. Pentru protecţia vegetaţiei şi a ecosistemelor, SO2 are ca valoare limită cantitatea de 20 mg/m3. Valoarea limită pentru protecţia sănătăţii oamenilor în ceea ce priveşte emisiile de SO2 este de 350 µg/m3 (care nu trebuie depăşită de mai mult de 24 de ori pe an - 1 oră).

Din cauza căderii ploilor acide se micşorează pH bazinelor cu apă dulce iar aceasta determină moartea peştilor şi a altor organisme acvatice. De asemenea, se corodează construcţiile metalice, se distrug suprafeţele vopsite, clădirile etc.

O observare a zonelor unde se manifestă ploile acide indică unele trăsături comune:

ploile acide se manifestă în zone relativ îndepărtate de locul unde s-au emis agenţii

poluanţi, datorită mişcărilor eoliene; ploile acide se manifestă violent în zonele reci ale globului, pentru că

aici concentraţia amoniacului din aer este considerabil mai scăzută.Dioxidul de sulf şi particulele în suspensie au efect sinergic, asocierea lor

conducând la creşterea mortalităţii datorită afecţiunilor cardiorespiratorii şi a deficienţelor funcţiei pulmonare.

Clorul participă alături de bioxidul de sulf şi oxizii de azot la formarea ,,ploilor acide”, care distrug atât vegetaţia cât şi construcţiile. Acesta provine de la uzinele de incinerare a deşeurilor menajere în conţinutul cărora intră P.V.C.-ul, din instalaţiile industriei chimice (ca produs secundar în reacţiile de clorurare a compuşilor organici), prin reacţia clorurii de sodiu cu acid sulfuric şi prin sinteză din hidrogen şi clor. Clorul este de 3 ori mai toxic decât bioxidul de sulf.

Intoxicaţiile cu clor produc tulburări respiratorii, oculare şi digestive, şchiopătatul animalelor etc.

Fluorul se găseşte în cantităţi mari în roci, în apele reziduale, dar mai ales în pulberile şi fumul de la termocentrale, turnătorii, fabrici de sticlă, de îngrăşăminte fosfatice etc. Fluorul este mai activ decât clorul.

4 Componenta periculoasă asupra mediului nu este SO2 ci produsul lui de oxidare - SO3. Procesul de oxidare are loc, sub acţiunea O2, pe suprafaţa particulelor de oxizi metalici care servesc drept catalizatori, în prezenţa umidităţii atmosferice sau sub acţiunea razelor solare. SO3 gazos se dizolvă în picăturile de apă formînd acid sulfuric: SO3 (g) + H2O (l) H2SO4 (aq).

Plantele sunt foarte sensibile la prezenţa fluorului în aer. El acţionează asupra activităţii unor enzime, determină modificări la nivel intracelular, poate provoca anomalii cromozomice, contribuie la reducerea microorganismelor din sol etc.

La animale se acumulează în oase şi apoi în diverse organe. Se constată friabilitatea oaselor şi dinţilor, scleroza pulmonară şi renală, anemie de tip aplastic.

Atmosfera este colector şi a unor metale toxice cum sunt plumbul, cadmiul etc.

Plumbul poate proveni de la fabricarea acumulatorilor, a grundurilor anticorozive din industria constructoare de maşini, din tetraetilul de plumb care se adaugă la benzină,(se răspândeşte în atmosferă sub formă de bromură sau oxid de plumb, un praf fin care se depune pe solul din apropierea şoselelor).

Plumbul poate pătrunde în plante prin ostiole, dar poate fi reţinut în cantităţi apreciabile şi pe frunzele cu limbul fragmentat (pătrunjel, mărar). El nu circulă în plantă. Când este preluat din solul poluat, se acumulează în rădăcină.

Intoxicarea cu plumb poartă denumirea de saturnism. Ca urmare a intoxicaţiei scade rezistenţa organismelor la infecţii, este afectat sistemul nervos, şi în special la copii determină comportamentul dezordonat şi încetinirea dezvoltării mintale, este un factor de anemie, perturbând sinteza hemoglobinei în sânge. Un pericol serios îl reprezintă poluarea aerului cu cadmiu. Sursele principale de poluare sunt meralurgia feroasă, arderea cărbunelui, arderea petrolului etc.

Apa precipitaţiilor conţine 50 μg/l Cd. Impreună cu hrana şi aerul ajung zilnic în organismul omului matur circa 50 μg Cd, din care se reţin în organism numai 2 μg Cd. Acţiunea cronică a concentraţiilor mici de Cd poate duce la îmbolnăvirea sistemului nervos şi a ţesutului osos, dereglarea schimbului enzimatic, dereglarea funcţionării rinichilor.

Particulele în suspensie cuprind particulele solide netoxice cu diametrul de până la 20 µm. Numărul particulelor solide din aer variază în funcţie de zone. În straturile inferioare ale troposferei, la o înălţime de până la 2 km, concentraţia particulelor în zonele rurale este de circa 104 part/cm-3, iar deasupra oraşelor depăşeşte limita de 105 par/cm-3. În zonele în care lipseşte activitatea antropică aerul conţine cca. 200-300 particule de aerosoli/cm3. Ca urmare a depunerii particulelor în plămâni pot apărea disfuncţii respiratorii şi cardiorespiratorii.

13.3. Smogul

Smogul5 reprezintă consecinţa combinării unor poluanţi diferiţi sub influenţa umidităţii relative a aerului. Poluanţii proveniţi din activităţile umane pot fi: fumul, dioxidul de sulf, hidrocarburile nearse şi dioxidul de azot.

Smogul este de 2 feluri: londonez şi californian. Apariţia smogului în primul caz este datorată arderii cărbunelui şi a păcurii. În prezenţa umidităţii atmosferice se formează o negură densă cu impurităţi de funingine şi SO2

6. În acest caz, fumul rezultă frecvent din arderea incompletă a combustibililor sau din reacţii chimice. Particulele sunt în general mai mici de 2 micrometri în diametru. Alte particule solide din fum pot fi: siliciu, aluminiu, acizi, baze şi compuşi organici, ca de exemplu, fenolii. Fumul este sinergic cu oxizii de sulf şi poate determina efecte adverse sănătăţii oamenilor la mai puţin de 200 micrograme/m3.5 Etimologia acestui cuvânt : smoke - fum şi fog - negură (ceaţă).6 Smogul londonez (smog acid) a fost denumit astfel după tragedia petrecută la Londra, în iarna anului 1952, când, ca

rezultat al formării şi persistenţei lui, au murit 3200 oameni.

Smogul fotochimic apare pe timp însorit, în lipsa vântului şi la o umiditate redusă a aerului. Smogul fotochimic este favorizat de prezenţa oxizilor de azot. Sub influenta razelor solare, mai ales ultraviolete (UV), se produc o serie de reacţii secundare şi terţiare din care ia naştere ozonul. Caracterul oxidant al smogului fotochimic se datorează ozonului şi peroxiacetilnitraţilor. În prezenţa hidrocarbonaţilor (alţii decât metanul) şi alte componente organice, au loc o varietate de reacţii (au fost identificate peste 80 de reacţii), în urma cărora rezultă formaldehide, acroleină, PAN etc.

Fenomenul determină o iritare intensă a căilor respiratorii şi a ochilor. Menţinerea stării de smog pe o perioadă mai îndelungată duce la mărirea numărului de îmbolnăviri şi creşterea mortalităţii. Smogul acţionează deosebit de puternic asupra copiilor şi persoanelor vârstnice. Acţionează negativ şi asupra vegetaţiei, provocînd veştejirea şi căderea frunzelor. Alte efecte: accelerează coroziunea metalelor, distrugerea clădirilor, a cauciucului şi a altor materiale. Îngreunarea vizibilităţii în timpul smogului (apariţia unui fum albăstrui) este legată de formarea unor particule de aerosoli.

Smogul fotochimic tinde să fie foarte intens înainte de amiază, când intensitatea luminoasă este ridicată, cea ce-l diferenţiază de smogul clasic, care este mai intens dimineaţa devreme pentru ca apoi să fie dispersat de radiaţiile solare. Acest tip de smog a fost semnalat pentru prima dată la Los Angeles şi a fost pus pe seama emisiilor ridicate de către automobile.

13.5. Efectul de seră.

,,Efectul de seră,, natural este termenul prin care este descris modul în care atmosfera asigură o temperatură propice vieţii pe Pământ .

Mecanismul de producere al efectului de seră este următorul: razele cu lungime de undă scurtă pot traversa gazele cu ,,efect de seră”, încălzind atmosfera, oceanele, suprafaţa planetei şi organismele vii. Energia calorică este răspândită în spaţiu în formă de raze infraroşii, adică de unde lungi. Acestea din urmă sunt absorbite în parte de gazele cu efect de seră, pentru ca apoi să fie reflectate încă odată de suprafaţa Pământului. Procesul tinde să se amplifice prin fenomenul feed-back pozitiv.

Dacă concentraţia acestor gaze creşte, efectul de seră devine foarte intens şi poate provoca schimbări climatice, urmate de modificări ale ecosistemelor şi ale nivelului mărilor.

Structura termică a atmosferei este influenţată într-o măsură însemnată de CO2, metan, oxizii de azot sau clorofluor-carbonii, vapori de apă şi de ozon. Estimările contribuţiei diferitelor gaze la efectul de seră prevăd: 80% pentru CO2 CFC –15%, CH4 – 20%, ozonul – 10%, vaporii de apă şi N2O 5%.

Potenţialul de încălzire globală al gazelor cu efect de seră este prezentat în tabelul 13.2.

Tabelul 13.2. Potenţialul de încălzire globală al gazelor cu efect de serăGaz cu efect de seră

Potenţialul de încălzire globală, GWP, pentru 100 ani

CO2 1CH4 21 (inclusiv efectele indirecte ale producţiei troposferice de

ozon şi stratosferice de vapori de apă)N2O 310CFC 12 6200-7100 (potenţial net – inclusiv efectul indirect datorat

reducerii stratului de ozon)HCFC 22 1300-1400 (potenţial net – inclusiv efectul indirect datorat

reducerii stratului de ozon)CF4 6500SF6 23900Vital Climate Change Graphics- the impact of climate change, UNEP/GRID - Arendal

Emisiile de gaze cu efect de seră au crescut în ultimii ani în majoritatea ţărilor europene şi se estimează că vor creşte în continuare. Multe ţări europene au adoptat programe naţionale de reducere a emisiilor, însă unele dintre ele întîmpină dificultăţi în atingerea obiectivelor de la Kyoto.

Pentru a limita creşterile de temperatură la un maximum de 2°C peste nivelurile din perioada preindustrială, este necesară o reducere a emisiilor globale cu până la 50 % până în anul 2050 (obiectiv propus de UE drept obligatoriu pentru evitarea unor viitoare efecte inacceptabile ale schimbărilor climatice).

13.6. Schimbarea climatică.

Schimbările climatice includ pe lângă modificarea temperaturii medii şi schimbări ale diverselor aspecte ale vremii (vânt, cantităţi şi tip de precipitaţii, tip şi frecvenţă evenimente meteorologice extreme). Implicaţiile de ordin meteorologic se manifestă deja prin fenomene extreme precum: alternanţa rapidă între precipitaţii abundente şi inundaţii, caniculă severă şi seceta accentuată, alterarea semnificaţiilor anotimpurilor tradiţionale.

Precizarea evoluţiei climei în viitor este una dintre cele mai mari provocări pentru ştiinţă. În acest sens au fost dezvoltate modele climatice globale care simulează componentele esenţiale ale sistemului climatic, însă acestea sunt afectate de erori. O variabilă majoră în dezvoltarea prognozelor este reprezentată de estimarea ratelor de emisii GES.

Schimbările climatice influenţează calitatea mediului pe mai multe căi:1. Schimbarea temperaturii globale a Terrei. Creşterea temperaturii globale

este un semnal real al climatului în schimbare. Temperatura medie este în prezent cu 0,80C mai ridicată decât în perioada preindustrială. În figura 13.7-13.8 se prezintă rata schimbării temperaturii medii globale la nivelul uscatului şi a mărilor şi deviaţiile acesteia faţă de media 30 ani.Estimările arată o creştere a temperaturii medii globale cu 1,8-40C, însă sunt opinii care sugerează o creştere de 1.1–6.4 °C (IPCC, 2007). Europa se pare că se va încălzi cu 2,1-4,4 °C până în anul 2080, sau cu 2.0–6.3°C, cele mai mari creşteri înregistrându-se în nordul şi estul Europei.Reîncălzirea este mai importantă în regiunile de înaltă altitudine şi pentru perioada de iarnă. Cercetătorii prevăd de asemenea, că încălzirea va fi mai accentuată în regiunile polare decât cele ecuatoriale, în interiorul continentelor decât în zonele costiere (IPCC, 2007).Evoluţia precipitaţiilor este incertă. Cantitatea anuală a precipitaţiilor în Europa depinde de poziţia geografică. În secolul 20, a crescut cu 10–40 % în nordul Europei, cu 8 % în regiunea arctică şi în Federaţia Rusă, în timp ce sudul Europei a ajuns cu 20 % mai uscată. Evaporarea şi precipitaţiile în creştere vor conduce la o intensificare considerabilă a ciclului hidrologic.

2. S-ar putea accentua fenomenele climatice extreme (seceta, inundaţii), la nivelul planetei, iar încălzirea atmosferei joase a pământului va determina o creştere cu 20-140 cm. a nivelului mărilor şi a oceanelor. Ecosistemele de coastă sunt ameninţate (în special cele din Marea Baltică, Mediterană şi

Marea Neagră).3. Extinderea deşerturilor.4. Se poate produce o salinizare a apelor subterane punând în pericol

aprovizionarea cu apă potabilă a aglomeraţiilor urbane.Creşterea temperaturii determină modificări ale vegetaţiei şi ale

condiţiilor de desfăşurare a activităţilor din agricultură – consecinţe asupra stabilităţii şi repartiţiei producţiilor de alimente. Modelele arată creşterea producţiilor agricole în centrul şi în special în nordul Europei şi scăderea acestora în zona Mediteraneană şi sud-estul Europei (ca urmare a existenţei şi severităţii perioadelor secetoase). Schimbările climatice şi concentraţiile sporite de CO2 ar putea avea un efect benefic asupra agriculturii şi creşterii animalelor în nordul Europei, datorită anotimpurilor din ce în ce mai lungi şi a productivităţii sporite a plantelor. În sudul şi în anumite zone din estul Europei, efectele vor fi probabil negative. În domeniul pescuitului, se aşteaptă modificări în tiparele de migraţie a peştilor. Exploatarea excesivă a resurselor este în prezent un factor mult mai presant care ameninţă durabilitatea pescuitului comercial în Europa.

Schimbările climatice afectează şi biodiversitatea. Aceasta se va reduce în viitor. Cea mai vulnerabilă regiune europeană este considerată zona montană, Arctică şi Mediteraneană. Se preconizează că 25 % din speciile de plante existente în prezent în România, Bulgaria, peninsula Iberică şi alte câteva state Mediteraneene vor dispărea până în 2100 şi mai mult de 35% din compoziţia speciilor din ţările nordice vor deveni invazive. O altă mare problemă pentru plante şi animale o reprezintă frecvenţa şi extinderea incendiilor pădurilor. Calculele arată că acestea vor fi în creştere, de exemplu în peninsula Iberică şi în Federaţia Rusă.

Se aşteaptă ca schimbările climatice să aibe consecinţe negative şi asupra sănătăţii umane. Valurile de căldură precum şi celelalte fenomene meteorologice extreme au fost deja identificate drept o cauză a creşterii mortalităţii. De asemenea, transmiterea unor boli infecţioase este influenţată de factorii climatici.

13.7. Autoepurarea aerului

Este procesul prin care aerul revine la compoziţia anterioară poluării. Prin aceasta poluanţii nu dispar ci sunt transferaţi în alte medii.

Autoepurarea se realizează prin: curenţii de aer – poluanţii se deplasează odată cu masele de aer şi

vor produce poluarea departe de sursă (aspect important în cazul poluării transfrontieră).

sedimentarea particulelor de praf (în condiţii de acalmie) - pulberile poluează solul şi apele.

precipitaţii - antrenarea mecanică sau dizolvarea poluanţilor (ploaie acidă).

13.8. Prevenirea şi combaterea poluării atmosferice

Metodele pentru prevenirea şi combaterea poluării atmosferice au în vedere starea de agregare a poluantului, natura chimică, concentraţia, prezenţa mai multor poluanţi în acelaşi efluent gazos. În vederea prevenirii şi combaterii poluării atmosferice se iau următoarele măsuri:

evacuarea gazelor poluante se realizează prin cosuri industriale, a căror înălţime este calculată astfel încât noxele să fie deplasate în afara zonelor locuite;

aplicarea unor metode mecanice bazate pe legile dispersiei si ale sedimentării;

aplicarea unor metode fizico-chimice bazate pe operaţii de absorbţie/adsorbţie şi purificare catalitică;

extinderea utilizării surselor de energie neconvenţională mai puţin poluante (hidro, eoliană, solară);

utilizarea unor carburanţi mai puţin poluanţi (metanol, etanol din biomasă, hidrogen);

crearea de perdele de protecţie etc.Pentru poluanţii solizi şi lichizi se folosesc metode fizico-mecanice:

separare gravitaţională; separare centrifugală; filtrare. Pentru particule mari (10-1000 μm) se folosesc: camere de desprăfuire, aparate cu şicane, cicloane, iar pentru cele fine se folosesc: turnuri de spălare (scrubere), filtre electrostatice, epuratoare sonice etc. Cu cât dimensiunile particulelor sunt mai reduse (φ < 1 μm ) cu atât ele sunt mai stabile în aer şi metodele de epurare sunt mai dificile şi mai costisitoare.

Metodele fizico-chimice sunt folosite în cazul poluanţilor gazoşi: absorbţie în solvenţi selectivi; adsorbţie pe substanţe solide; procedee catalitice etc. Astfel au loc: desulfurarea gazelor de combustie (SO2), a gazelor de cocserie şi rafinărie (H2S), purificarea gazelor de eşapament (CO, NO2, aerosoli, plumb).

13.9. Poluarea atmosferei – surse mobile

În poluarea mediului urban, în special cu CO şi NOx, sursele de poluare mobile (mijloacele auto) au o pondere importantă. Consumul de energie şi emisiile de gaze cu efect de seră provenite din activităţile de transport cresc cu rapiditate, însoţind creşterea generală a acestui sector. Consumul de energie în sectorul de transporturi şi emisiile de CO2 pe cap de locuitor aferente continuă să fie în Europa de vest şi centrală de patru ori mai mari decât în Europa de SE şi în Europa de E, Caucaz şi Asia Centrală. Adoptarea unor soluţii competitive de transport urban este o modalitate de a decongestiona traficul şi, în acelaşi timp, de a rezolva problemele de calitate a aerului şi de a îmbunătăţi siguranţa în transport.

Reducerea emisiilor provenite din transportul rutier sunt văzute ca un important factor de îmbunătăţire a calităţii aerului.

Alte acţiuni şi măsuri întreprinse în aceeaşi direcţie sunt: continuarea monitorizării imisiilor în proximitatea arterelor de trafic

rutier, sensibilizarea mass-media în legatură cu cerinţa informării periodice

a populaţiei cu privire la riscurile poluării urbane cu monoxid de carbon,

încurajarea populaţiei de a cumpăra automobile noi, mai puţin poluante, prin acoperirea de către stat a unei fracţiuni din costul noului automobil.

realizarea unei infrastructuri care să permită trasee ocolitoare, evitându-se astfel traversarea localităţilor;

crearea de perdele de protecţie de-a lungul şoselelor, introducerea de restricţii de circulaţie (în timp - întreruperi în cursul

zilei în intervalele mai solicitate, sau spaţiu - zone aglomerate sau importante din punct de vedere al clădirilor sau zonelor necesar a fi protejate) etc.

1414

Protecţia apelor şi ecosistemelor acvatice

14.1. Consideraţii generale

Apa reprezintă o resursă naturală regenerabilă, vulnerabilă şi limitată, cu rol important în menţinerea unui echilibru ecologic durabil. ,,Apa nu este un produs comercial ca oricare altul, ci o moştenire ce trebuie protejată, apărată şi tratată ca atare."

Apa este esenţială pentru viaţa umană şi este necesară în numeroase activităţi şi procese industriale. Dezvoltarea contemporană este strâns legată de creşterea rapidă a consumurilor de apă (ale populaţiei, industriei şi agriculturii) şi creşterea cantităţilor de ape uzate care înrăutăţeşte calitatea acestora. De asemenea, prea multă apă poate avea ca efect pierderi de vieţi şi daune ca urmare a inundaţiilor, iar prea puţină este la fel de devastatoare (seceta). Conform prognozelor privind impactul schimbărilor climatice se estimează ca aceste evenimente să devină mai frecvente şi mai extreme.

Prin poluarea apelor se înţelege alterarea calităţilor fizice, chimice şi biologice ale acesteia, produsă direct sau indirect de activităţi umane sau de procesele naturale care o fac improprie pentru folosirea normală, în scopurile în care această folosire era posibilă înainte de a interveni alterarea.

Având în vedere importanţa apei ca resursă naturală este necesară aplicarea unui set de măsuri specifice referitoare la protecţia rezervelor de apă şi a ecosistemelor acvatice. Acestea se diferenţiază în raport cu tipul resursei afectate, existând măsuri pentru protecţia apelor de suprafaţă, a apelor subterane, precum şi a apelor marine şi oceanice. Protecţia apelor are ca obiect menţinerea şi îmbunătăţirea calităţii şi productivităţii biologice ale acestora, în scopul evitării unor efecte negative asupra mediului, sănătăţii umane şi bunurilor materiale. De asemenea, conservarea, protecţia şi îmbunătăţirea calităţii apelor costiere şi maritime urmăreşte reducerea progresivă a evacuărilor, emisiilor sau pierderilor de substanţe prioritare/prioritar periculoase în scopul atingerii obiectivelor de calitate stipulate de diverse reglementări internaţionale şi naţionale.

Acţiunile necesare pentru menţinerea durabilă a acestei resurse vizează: realizarea unui complex de lucrări de amenajare a teritoriului; aplicarea reglementărilor privind calitatea apelor naturale şi a

efluenţilor; utilizarea într-o manieră integrată a cercetărilor ştiinţifice; sensibilizarea opiniei publice etc.

14.2. Clasificarea apelor supuse protecţiei

Din punct de vedere administrativ apele se clasifică astfel:a. ape internaţionale; sunt apele cu privire la care statul nostru este

riveran cu alte state, cele care intră sau trec prin graniţele naţionale, precum şi cele cu privire la care interesele unor state străine au fost recunoscute prin tratate şi convenţii internaţionale;

b. ape teritoriale ( maritime interioare); sunt apele cuprinse între porţiunea ţărmului ţării spre larg, a căror întindere şi delimitare este stabilită prin legea naţională;

c. ape naţionale; sunt râurile, fluviile, canalele şi lacurile navigabile interioare, precum şi apele râurilor si fluviilor de frontieră de la malul român până la linia de frontieră stabilită prin tratate şi convenţii internaţionale.

După criteriul situării obiective şi destinaţiei, apele se clasifică astfel: resurse de apă dulce – apele de suprafaţă şi cele subterane; apa pentru populaţie - apa dulce necesară vieţii şi ambianţei

aşezărilor umane; apă potabilă – apă de suprafaţă sau subterană, care, natural sau

după tratare fizico-chimică sau/şi microbiologică, poate fi băută; apă uzată menajeră; apa pentru industrie; ape uzate industrial; apa pentru irigaţii - din sursele de apă de suprafaţă; apa de desecare.

Stabilirea stării de calitate a diferitelor categorii de ape se face numai pe baza indicatorilor de calitate corelaţi cu diferitele utilizări ale apei, din legislaţia în vigoare.

14.4. Apele uzate. Compoziţie şi caracteristici

Apele uzate sunt ape evacuate după utilizare din zone urbane, rurale, industriale, zone agricole sau zootehnice, încărcate cu o mare cantitate de reziduuri suspendate sau dizolvate.

După caracteristicile fizico chimice apele uzate sunt: ape cu conţinut predominant de materii organice – cuprind apele

menajere şi unele ape industriale (industria alimentară); ape cu conţinut predominant de materii anorganice, în care se

situează majoritatea apelor industriale. ape orăşeneşti, în care predomină fie substanţele organice, fie cele

anorganice.Compoziţia apelor de suprafaţă dar şi a celor reziduale se stabileşte prin

analize de laborator care determină cantitatea şi starea materiilor în suspensie, azot, grăsimi, cloruri etc., ajută la urmărirea procesului de descompunere (prin determinarea CBO5, pH, O2 etc.) şi stabileşte prezenţa şi felul organismelor din apă. Analizele pentru stabilirea caracteristicilor apelor uzate sunt necesare pentru proiectarea staţiilor de epurare.

Dintre caracteristicile fizice analizate enumerăm: Turbiditatea apelor uzate şi a emisarilor; Culoarea apelor uzate proaspete este cenuşiu deschis; prin

fermentarea materiilor organice din apă, culoarea apelor uzate devine mai închisă.

Mirosul apelor uzate. Apele în curs de fermentare au miros, mai mult sau mai puţin pronunţat, de ouă clocite, în funcţie de stadiul de fermentare în care se găsesc.

Temperatura apelor uzate orăşeneşti este, de obicei, cu 2 - 3°C mai ridicată decât cea a apelor de alimentare.

Caracteristicile chimice determinate sunt: Oxigenul dizolvat (O2) se găseşte în cantităţi mici în apele uzate (1-2

mgf/dm3), numai când sunt proaspete şi după epurarea biologică. În funcţie de gradul de poluare, apele de suprafaţă conţin cantităţi mai mari sau mai mici de oxigen. Pentru a putea stabili gradul de poluare al unei ape de suprafaţă, este important să cunoaştem conţinutul de oxigen al acesteia.

Consumul biochimic de oxigen (Biochemical oxigen demand- BOD) al apelor uzate sau al emisarului, reprezintă cantitatea de oxigen consumată pentru descompunerea biochimică, în condiţii aerobe, a materiilor solide organice totale, la temperatura şi timpul standard -

20°C, respectiv, 5 zile; în acest caz, valoarea respectivă se notează cu CBO5 - consumul biochimic de oxigen la 5 zile.

Consumul biochimic de oxigen reprezintă gradul de impurificare al apei uzate sau de suprafaţă. Cu cât valoarea acestuia este mai mare, cu atât apa este mai poluată.

Descompunerea biochimică a apelor uzate, respectiv consumul biochimic de oxigen, se produce în două faze (O. Ianculescu, Gh. Ionescu, Raluca Racoviţeanu):

faza primară (a carbonului), în care oxigenul se consumă pentru oxidarea substanţelor organice, care începe imediat şi are, pentru apele uzate menajere, o durată de 20 zile, la temperatura de 200C. Se formează CO2, care rămâne sub formă de gaz în soluţie sau se degajă;

faza secundară (a azotului) în care oxigenul se consumă pentru transformarea amoniacului în nitriţi şi apoi în nitraţi; începe după cca. 10 zile şi durează peste 100 zile.

Consumul chimic de oxigen (CCO) stabileşte indirect cantitatea de oxigen consumat pentru oxidarea tuturor formelor de substanţe organice prezente în mediu (degradabile şi nedegradabile). Raportul CBO5 /CCO reflectă gradul de biodegradabilitate al unui efluent sau al unei ape reziduale. Pentru apele menajere uzuale, raportul este apropiat de 0,6. Pragul de lipsă de biodegradabilitate este atins când acest raport este <0,2.

Azotul total este alcătuit din amoniac liber, azot organic, nitriţi şi nitraţi. Azotul organic şi amoniacul liber sunt luaţi ca indicatori ai substanţelor organice azotoase, prezente în apa uzată, iar amoniacul albuminoidal ca indicator al azotului organic, care se poate descompune. Amoniacul liber este rezultatul descompunerii bacteriene a substanţelor organice.

Nitraţii reprezintă cea mai stabilă formă a materiilor organice azotoase şi, în general, prezenţa lor indică o apă stabilă din punct de vedere al transformării. In apa uzată proaspătă, nitriţii şi nitraţii sunt în concentraţii mai mici (sub 1/1 mil.).

Sulfurile sunt rezultatul descompunerii substanţelor organice sau anorganice şi provin, de cele mai multe ori, din apele uzate industriale.

Acizii volatili indică progresul fermentării anaerobe a substanţelor organice. Din aceşti acizi, prin fermentare, iau naştere CO2 şi CH4.

Grăsimile şi uleiurile în cantităţi mari formează o peliculă pe suprafaţa apeI care poate împiedica aerarea, poate colmata filtrele biologice, inhiba procesele anaerobe din bazinele de fermentare etc.

Gazele cel mai des întâlnite la epurarea apelor sunt hidrogenul sulfurat, bioxidul de carbon şi metanul. Hidrogenul sulfurat indică o apă uzată ţinută un timp mai îndelungat în condiţii anaerobe. Metanul şi bioxidul de carbon sunt indicatori ai fermentării anaerobe.

Concentraţia de ioni de hidrogen (pH) este un indicator al mersului epurării; de el depinde activitatea microorganismelor, precipitările chimice etc. Valoarea pH-ului trebuie să fie înjur de 7.

Potenţialul de oxidoreducere (potenţialul Redox, rH) furnizează informaţii asupra puterii de oxidare, sau de reducere, a apei sau nămolului, în scara Redox.

Putrescibilitatea este o caracteristică a apelor uzate care indică posibilitatea ca o apă să se descompună mai repede sau mai încet.

Analizele bacteriologice se fac de obicei în paralel cu cele chimice. Absenţa bacteriilor dintr-o apă poate fi un indiciu clar al prezenţei unor substanţe toxice.

În procesul de stabilire a stării ecologice sau a potenţialului ecologic a ecosistemelor acvatice, naturale sau artificiale, evaluarea elementelor biologice se face: pe baza listei de bioindicatori.

14.5. Forme de poluare a apelor.

Poluarea apelor poate fi de natură: organică: cu glucide, proteine, lipide. Răspunzătoare sunt fabricile

de hârtie şi celuloză, abatoarele, industria alimentară, industria petrochimică şi industria chimică de sinteză, tăbăcăriile şi fabricile de textile. Poluanţii deversaţi în cursurile de apă antrenează, în urma degradării, un consum suplimentar de oxigen în defavoarea organismelor din mediul acvatic. Importanţa acestei poluări într-un efluent se poate evalua prin cererea chimică de oxigen (CCO). CCO reprezintă cantitatea de oxigen necesară degradării pe cale chimică a totalităţii poluării;

anorganică: caracteristică industriei clorosodice, industriei petroliere de extracţie şi chimia de sinteză. Sărurile anorganice conduc la mărirea salinităţii apei emisarului, iar unele pot provoca creşterea durităţii. Apele cu duritate mare produc depuneri pe conducte, mărindu-le rugozitatea şi micşorându-le capacitatea de transport; pot interfera cu vopselele din industria textilă, înrăutăţesc calitatea produselor în fabricile de zahăr, bere etc.; clorurile peste anumite limite fac apa improprie pentru alimentări cu apă potabilă şi industrială, pentru irigaţii etc; metalele grele au acţiune toxică asupra organismelor acvatice; sărurile de azot şi fosfor produc dezvoltarea rapidă a algelor la suprafaţa apei etc.;

biologică: poate rezulta din aglomerările urbane, zootehnie, abatoare şi este caracterizată de prezenţa microorganismelor patogene care găsesc condiţii mai bune în apele calde, murdare, stătătoare. Poluanţii biologici pot fi primari (agenţi biologici introduşi în apă odată cu apele reziduale sau alte surse, neavând ca habitat normal acest mediu) şi secundari (organisme indigene care se află în mod natural în apă şi care se înmulţesc la un moment dat devenind poluante). Prin apă se pot transmite boli bacteriene (febra tifoidă, holera), boli virotice (poliomelita, hepatita), boli parazitare (giardiaza, tricomoniaza) şi alte boli infecţioase a căror răspândire este legată de prezenţa unor vectori cum sunt ţânţarii (malaria), musca tze-tze (boala somnului);

termică: datorită apelor de răcire de la centralele termice ce pot produce o creştere cu 5-180C a temperaturii apei.

Ca urmare a încălzirii apelor are loc: creşterea producţiei primare, care favorizează fenomenul de

eutrofizare şi scăderea oxigenului din apă; accelerarea parcurgerii ciclurilor vitale, schimbarea dimensiunilor

indivizilor şi a structurii pe vârste; schimbarea dimensiunilor populaţiilor, prin creşterea sensibilităţii

organismelor la poluanţii din ape, neadaptarea vieţuitoarelor acvatice cu sânge rece la temperaturi ridicate (crustaceele, planctonul, peştii).

14.6. Efluenţi, receptori, emisari

Apele uzate care se varsă într-o apă curgătoare sau stătătoare se numesc efluenţi. Apele în care se varsă efluenţii se numesc ape receptoare. Când receptorii au posibilitatea de a curge către altă apă de suprafaţă căreia să-i transmită substanţele poluante se numesc emisari.

Debitul efluentului depinde de activitatea industrială care îl generează, iar din acest motiv amestecarea acestuia cu apele receptorului nu se face uniform şi instantaneu.

14.7. Eutrofizarea apelor de suprafaţă

Printre problemele ecologice ale mediului acvatic un loc important îl ocupă fenomenul de eutrofizare. Termenul de eutrofizare a fost descris mai întâi pentru lacuri, mări, oceane, apoi a fost extins şi la alte ecosisteme acvatice : fluvii şi canale, lagune, intrânduri marine.

Eutrofizarea reprezintă un proces natural de evoluţie a unui lac. Din momentul “apariţiei”, bazinul acvatic trece, în condiţii naturale, prin câteva stadii de dezvoltare: ultraoligotrofic, oligotrofic, mezotrofic, iar în final bazinul acvatic devine eutrofic şi hipereutrofic (are loc “îmbătrânirea” şi pieirea bazinului acvatic).

Eutrofizarea antropogenă este considerată o poluare nutriţională. Procesul constă în îmbogăţirea apelor cu substanţe nutritive, îndeosebi cu azot şi fosfor, în mod direct sau prin acumularea de substanţe organice din care rezultă substanţe nutritive pentru plante. Deoarece azotul este nutrientul limitativ al creşterii plantelor acvatice, prezenţa unor concentraţii ridicate de compuşi cu azot solubili în apă duce în special la proliferarea algelor şi cianobacteriilor (îşi obţin nutrienţii direct din apă) şi eutrofizarea lacurilor. Ciclul de viaţă al acestor organisme este scurt şi după moartea lor constituie sursă de hrană pentru bacteriile aerobe. Dezvoltarea bacteriilor aerobe determină scăderea concentraţiei de oxigen dizolvat în apă şi moartea peştilor. La densităţi mari, unele alge şi cianobacterii produc toxine. De exemplu, alga Prymnesium parvum este toxică pentru peşti, iar toxinele produse de cianobacterii ca Microcystis, Aphanizomenon, şi Anabaena atacă ficatul şi sistemul nervos. Lacurile eutrofizate au apa mai tulbure datorită unei cantităţi mari de materii organice prezente în suspensie, devine anoxică şi rata de sedimentare creşte. Consecinţa imediată a eutrofizării este creşterea luxuriantă a plantelor de apă (înflorirea apelor).

Eutrofizarea se manifestă prin proliferarea unui număr limitat de specii vegetale în apele foarte încărcate cu nutrienţi sau în ape degradate fizic. În condiţiile eutrofizării antropogene, degradarea ecosistemului bazinului acvatic are un caracter progresiv şi se produce în decurs de câţiva zeci de ani..

14.8. Poluarea apelor subterane

Apele subterane reprezintă cea mai mare rezervă de apă dulce a Globului. Sunt reprezentate de apele stătătoare sau curgătoare aflate sub scoarţa terestră. Poluarea poate fi provocată în general de aceleaşi surse pe care le întâlnim la poluarea apelor de suprafaţă, diferenţa fiind dată de condiţiile diferite de contact cu acestea. Poluatorii majori care afectează calitatea apei subterane se pot grupa în următoarele categorii: produse petroliere, produse rezultate din procesele industriale, produse chimice utilizate în agricultură, produse menajere şi rezultate din zootehnie, poluarea cu metale grele. Cauzele contaminării acviferului freatic cu azotaţi sunt multiple şi au caracter cumulativ.

Cele două surse majore, cu pondere importantă în contaminarea cu azotaţi sunt: spălarea permanentă a solului impregnat cu oxizi de azot de către precipitaţiile atmosferice şi apa de la irigaţii şi apa de suprafaţă (râuri, lacuri) în care s-au evacuat ape uzate încărcate cu azotaţi. La aceste două surse, ce au un caracter cvasipermanent, se adaugă sursele cu caracter aleator generate de aplicarea îngrăşămintelor chimice pe unele categorii de terenuri arabile.

14.9. Autoepurarea apelor

Autoepurarea este fenomenul prin care apa din emisar, datorită unui ansamblu de procese de natură fizică, chimică şi biologică se debarasează de poluanţii pe care îi conţine.

Autoepurarea cursurilor de apă se realizează în mod natural, fără a folosi instalaţii sau construcţii speciale.

Factorii de mediu care influenţează procesul de autoepurare sunt: factorii fizici: sedimentarea poluanţilor; lumina, temperatura,

mişcarea apei etc. factorii chimici: O2, CO2, Fe, Mn, P, K etc. factorii biologici: organismele acvatice, bacteriile etc.

Fenomenele cele mai importante care intervin în timpul autoepurării apelor sunt: diluţia, amestecul, mineralizarea. Întregul proces de mineralizare a materiei organice este realizat eficient de microorganisme aerobe. Factorii care acţionează şi influenţează transformările biologice din apă sunt: temperatura, lumina, pH-ul, oxigenul.

Reaerarea influenţează în mare măsură procesele biochimice din emisari, contribuind la regenerarea oxigenului dizolvat în apă, consumat de materiile organice, în procesul de mineralizare. Spre deosebire de instalaţiile de epurare, în lacuri, absorbţia oxigenului se produce prin dizolvarea oxigenului la suprafaţa apei şi mai puţin prin absorbţia oxigenului degajat de vegetaţia acvatică. Absorbţia oxigenului se realizează în conformitate cu legea lui Wilhelmy: viteza de oxidare biochimică a substanţei organice este proporţională cu cantitatea de materii organice rămase neoxidate şi viteza cu care apa curată este reaerată, în condiţii de temperatură constantă şi amestec turbulent este direct proporţională cu deficitul de oxigen existent, faţă de saturaţie.

Când oxigenul este epuizat procesele de autoepurare sunt diminuate considerabil.

Cunoaşterea capacităţii de autoepurare a unui curs de apă este necesară în activitatea de gospodărire a resurselor de apă de suprafaţă în vederea satisfacerii folosinţelor lor atât ca emisari de ape uzate cât şi ca surse de prelevare.

14.10. Epurarea apelor

Când intensitatea proceselor de poluare depăşeşte cu mult capacitatea naturală de autoepurare a cursurilor de apă este necesară intervenţia omului pentru prevenirea şi combaterea acestor procese. Prevenirea se face prin măsuri de supraveghere şi control, iar combaterea poluării se realizează prin construcţii, instalaţii, echipamente etc. (staţii de epurare a apelor).

Epurarea reprezintă totalitatea tratamentelor aplicate apelor uzate care au ca rezultat diminuarea conţinutului de poluanţi, astfel încât cantităţile rămase să determine concentraţii mici în apele receptoare, care să nu provoace dezechilibre ecologice şi să nu poată stânjeni utilizările ulterioare.

Procesele caracteristice epurării apelor uzate sunt de natură: mecanică – cu aplicare în cadrul decantării apelor uzate (cea mai

mare parte din materiile solide în suspensie sunt îndepărtate). chimică – intervin în timpul clorinării apelor uzate sau al coagulării

materialelor solide în suspensie. biochimică - se produce mineralizarea materiilor organice din apele

uzate. Procesele biologice pot fi aerobe, în cadrul cărora se produce combinarea substanţelor organice cu oxigenul şi se elimină căldură şi anaerobe. Oxidarea substanţelor organice are loc în bazinele cu nămol activ.

În urma aplicării acestor procese rezultă ca principale produse următoarele:

apele epurate (efluentul epurat) - care sunt evacuate în receptor sau pot fi valorificate pentru irigaţii sau alte folosinţe;

nămoluri - care sunt îndepărtate din staţie şi valorificate.Procedeele de epurare sunt de trei categorii:

procedee de epurare mecanică; procedee de epurare mecano-chimică; procedee de epurare mecano-biologică.

14.10.1 Procedeele de epurare mecanică

Au ca scop: reţinerea corpurilor şi suspensiilor mari, operaţie realizată în

instalaţii ca grătare, cominutoare şi dezintegratoare; flotarea (separarea) grăsimilor şi uleiurilor, realizată în separatoare

de grăsimi şi în decantoare, cu dispozitive de reţinere a grăsimilor şi uleiurilor. Flotarea este folosită drept treaptă suplimentară de epurare înaintea epurării biologice.

sedimentarea sau decantarea pentru separarea materiilor solide în suspensie din apa uzată, prin instalaţii de deznisipare, decantare, fose septice şi decantoare cu etaj;

prelucrarea nămolurilor.

14.10.2. Procedeele de epurare mecano-chimică

Se bazează, în special, pe acţiunea substanţelor chimice asupra apelor uzate şi au ca scop:

epurarea mecanică; coagularea suspensiilor din apă; dezinfectarea apelor uzate, realizată în staţiile de clorinare şi

bazinele de contact.14.10.3. Procedeele de epurare mecano-biologică

Se bazează pe acţiunea comună a proceselor mecanice şi biologice, având ca scop:

epurarea mecanică; epurarea naturală a apelor uzate şi a nămolurilor, realizată pe

câmpuri de irigare şi filtrare, iazuri biologice etc., pentru apele uzate, şi în bazine deschise, de fermentare naturală a nămolurilor.

epurarea artificială a apelor uzate şi a nămolurilor, realizată în filtre biologice, bazine cu nămol activ, aerofiltre, filtre biologice scufundate şi turn etc. (pentru apele uzate), iar pentru nămoluri, în fose septice, concentratoare sau îngroşătoare de nămol, platforme pentru uscarea nămolului, filtre vacuum şi presă, incineratoare etc.

Schemele de epurare se aleg în funcţie de:

gradul de epurare necesar; spaţiul disponibil; modul de tratare al nămolului; felul utilajelor; condiţiile locale etc.

Epurarea avansată a apei uzate este o denumire generală, care acoperă toate formele de epurare suplimentare aplicate după treapta de oxidare biologică a substanţei organice.Poate cuprinde procese şi procedee precum clorarea, filtrarea, precipitarea chimică, adsorbţia şi oxidarea chimică, osmoza inversă etc.

Impactul descărcării apelor uzate epurate mecano-biologic în emisarii naturali se manifestă atât asupra sănătăţii omului cât şi asupra problemelor complexe de natură ecologică, economică şi tehnică (tabelul 14.1).

Epurarea mecanică este obligatorie înaintea epurării biologice, având ca scop îndepărtarea materiilor solide în suspensie, decantabile, întrucât treapta a doua de epurare are ca sarcină îndepărtarea materiilor dizolvate şi coloidale.

Tabelul 14.1. Poluanţii caracteristici apelor uzate epurate mecano-biologic şi efectele lor (după O. Ianculescu şi colab., 2001)Poluant EfecteSuspensii solide Depuneri de nămol, interacţiune cu apa

emisaruluiCompuşi organici biodegradabili Sărăcirea resurselor de oxigen ale emisaruluiMetale, nemetale, compuşi organici, halogenaţi, pesticide, erbicide

Cancerigeni, toxici pentru mediul acvatic

COVNutrienţiAmoniac Creşte consumul de clor, poate sărăci resursele

de oxigen, toxic pentru peştiNitraţi Stimulează dezvoltarea algelor şi a culturilor

acvatice. Pot cauza methemoglobina la copii.Fosfor Stimulează dezvoltarea algelor şi a culturilor

acvatice. Interferează cu coagularea.Alte substanţe anorganiceCalciu şi magneziu Creşte duritatea apeiCloruri Gust sărat. Interferă cu procesele agricole şi

industrialeSulfaţi Acţiune catarticăAlte substanţe organiceSurfactanţi Cauzează spumarea şi interferă cu coagularea.

Procesul de epurare biologică este foarte complex, iar în dezvoltarea lui intervin o serie de factori. Epurarea biologică este procesul prin care impurităţile organice din apele uzate sunt transformate, de către o cultură de microorganisme, în produşi de degradare (CO2, H2O, alte produse) şi în masă celulară nouă (biomasă). Cultura de microorganisme poate fi dispersată în volumul de reacţie al instalaţiilor de epurare (cultura se cheamă generic „nămol activ", iar epurarea se numeşte „biologică cu nămol activ") sau poate fi fixată pe un suport inert. (cultura se dezvoltă în film biologic, iar epurarea se realizează în construcţii cu filtre biologice, cu biodiscuri etc.).

Rolul principal în epurarea biologică este deţinut de bacterii. Alături de acestea microflora folosită poate fi constituită din fungi, alge albastre, protozoare, metazoare.

În cazul epurării cu nămol activ un rol important revine bazinelor de aerare ce formează şi întreţin nămolul activ. Bazinele de aerare sunt construcţii

a căror formă în plan poate fi radială, dreptunghiulară sau pătrată. Apa uzată, decantată primar, este transferată în bazinul de aerare în conformitate cu schema de epurare adoptată în cadrul staţiei. Bazinele de aerare pot fi cu aerare pneumatică sau mecanică. Acestea trebuie să îndeplinească următoarele funcţii de bază:

să asigure un transfer cât mai intens al oxigenului din aer în apa uzată şi să contribuie astfel la realizarea în jurul floconului şi în interiorul acestuia a condiţiilor aerobe;

să realizeze un amestec cât mai bun între apa uzată şi nămolul activ; să împiedice flocoanele nămolului activ să se depună pe radierul

bazinului, unde, în absenţa oxigenului, acestea ar intra în fermentare anaerobă.

Bazinele de aerare pneumatică se caracterizează prin introducerea forţată de aer în apă. În bazinele cu aerare mecanică apa uzată şi suspensia de nămol activ sunt contactate intim printr-o amestecare mecanică intensă. Bazinele de aerare, în care se formează nămolul activ, sunt urmate de decantoare secundare, în care nămolul activ din apa uzată este reţinut prin procesul de decantare. Evacuarea nămolului activ din decantoarele secundare trebuie realizată în mod continuu, întrucât nămolul activ intră în fermentare cu deosebită rapiditate.

In cazul filtrelor biologice cultura de microorganisme este depusă pe un suport inert din punct de vedere biologic. Astfel, filtrele biologice sunt construcţii de epurare, constituite de cuve de beton, care conţin un material granular de umplutură (pietriş, zgură, cocs, material ceramic, material plastic etc.) pe care se formează pelicula biologică care contribuie la biooxidarea impurităţilor din apa uzată. Procesele prin care impurităţile sunt transformate în biomasă sunt similare celor care au loc la epurarea cu nămol activ.

Microbiota filtrelor biologice este reprezentată de peste 200 de specii de bacterii, fungi, alge şi protozoare, cu activităţi şi interacţiuni complexe. Bacteriile sunt reprezentate de specii de: Achromobacter, Alcaligenes, Bacillus, Flavobacterium, Micrococcus, bacterii, nitrificatoare (nitrit- şi nitratbacterii), Pseudomonas, Zoogloea ramigera etc.

Cianobacteriile, dintre care unele sunt fixatoare de azot, şi microalgele se dezvoltă în regiunea superioară a filtrului unde condiţiile de creştere sunt favorabile. Ele includ specii ca: Anacystis montana, Phormidium uncinatum, celule similare cu Pleurococcus şi Chrococcum, precum şi Chlorella spp., Euglena sp., Amphithrix janthina, Stigeoclonium nanum, Ulothrix tennuissima, etc. Dezvoltarea excesivă a cianobacteriilor şi a microalgelor poate modifica în sens negativ evoluţia operaţiunii de filtrare.

Fungii sunt reprezentaţi de levuri pigmentate în alb sau roşu şi, în mod special, de Aureobasidium (Pullularia) lullulans (colonii negre). Se adaugă numeroase specii de fungi filamentoşi aparţinând grupului de Fungi Imperfecţi. Protozoarele sunt reprezentate de specii ca: Amoeba verrucosa, Aspidisca costată, Bodo putrinus, Colpidiun colpoda, Paramecium caudatum, Vorticella microstoma etc.

Numărul fungilor şi al protozoarelor este influenţat de concentraţia în nutrienţi şi de tensiunea oxigenului din faza lichidă.

Apa reziduală este introdusă pe la partea superioară a filtrului biologic, străbate materialul granular de umplutură pe care creşte pelicula biologică şi părăseşte instalaţia pe la partea inferioară. Efluentul, de regulă, se recirculă. Ca urmare a îndepărtării impurităţilor de către pelic ula biologică, aceasta creşte şi se desprinde de pe umplutură la anumite intervale de timp (fenomen de „năpârlire"). Pelicula desprinsă se înlătură din efluentul epurat prin decantare. Filtrul biologic este urmat, deci, de un decantor secundar.

In practică s-a demonstrat că biofilmul microbian se dezvoltă o anumită perioadă de timp, după care se detaşează de suportul solid, pentru a se reface; în funcţie de condiţiile specifice (natura instalaţiei, proprietăţile apelor uzate, fluxul acesteia), desprinderea peliculei biologice se poate realiza continuu, la interval de câteva luni sau în cicluri scurte de formare şi detaşare la câteva săptămâni în apariţia acestui fenomen au fost incriminate mai multe cauze: 1) acţiunea apei care se scurge; 2) formarea de gaze în zonele profunde ale biofilmului (în care oxigenul nu are acces) sub acţiunea metabolismului microorganismelor anaerobe; 3) moartea şi liza celulelor ataşate de suportul solid.

În localităţile cu mai puţin de 50000 locuitori, la ape cu încărcături organice mari se folosesc filtrele biologice turn. Acestea sunt executate din beton armat, iar materialul filtrant este aşezat în straturi a căror înălţime variază între 2-4,5 m cu interspaţii de 0,4-0,5 m, pentru o aşezare corespunzătoare a filtrului.

14.10.4. Tratarea şi prelucrarea nămolurilor din staţiile de epurare

În staţiile de epurare, ca urmare a diverselor procedee tehnologice aplicate (câteva exemple sunt prezentate în tabelul 14.2), se formează nămoluri care concentrează poluanţii eliminaţi din apă. Aceste nămoluri trebuie supuse prelucrării şi valorificării în vederea evacuării finale, pentru a nu compromite acţiunea de epurare în ansamblul ei.

Nămolurile se pot clasifica după provenienţa apei uzate, treapta de epurare, stadiul de prelucrare, compoziţie chimică. După provenienţă, nămolurile pot fi nămoluri de la staţiile de epurare orăşeneşti şi nămoluri de la staţiile de epurare industriale, în funcţie de treapta de epurare, nămolurile provin de la decantoarele primare şi de la decantoarele secundare.

După stadiul de prelucrare, nămolul poate fi nămol proaspăt sau nămol fermentat, stabilizat.

Potrivit directivei 86/278/CEE, prin nămoluri se înţelege:1. produsele rezultate de la staţiile de epurare care tratează apele uzate

domestice (menajere) sau urbane şi de la alte staţii de epurare ce tratează ape uzate având o compoziţie similară apelor uzate domestice şi urbane;

2. produsele reziduale din fosele septice şi din alte instalaţii similare pentru tratarea apelor uzate;

3. produsele reziduale rezultate de la staţiile de epurare altele decât cele menţionate la punctele 1 şi 2.

Nămolurile rezultate din epurarea apelor uzate, indiferent de natura lor, sunt sisteme coloidale complexe, cu compoziţie eterogenă, având:

particule coloidale (sub 1 µm); particule în fază dispersă (1 -100 µm); agregate în suspensie ; polimeri organici.

Îngroşarea nămolului constituie cea mai simplă şi răspândită metodă de concentrare a acestuia, având drept rezultat reducerea volumului şi ameliorarea rezistenţei specifice la filtrare. Gradul de îngroşare depinde de mai multe variabile: tipul de nămol (primar, fermentat, activ etc.), concentraţia iniţială a solidelor, temperatura, utilizarea agenţilor chimici, durata de îngroşare etc.

Prin îngroşare, volumul nămolului se poate reduce de aproape 20 de ori faţă de volumul iniţial, dar îngroşarea este eficientă tehnico-economic până la o concentraţie de solide de 8-10%. Îngroşarea se poate realiza prin decantare - îngroşare gravitaţională, flotare sau centrifugare. Cea mai aplicată metodă este îngroşarea gravitaţională. Îngroşarea prin flotare se aplică pentru suspensii care

au tendinţa de flotare şi sunt rezistente la compactare prin îngroşare gravitaţională. Cel mai larg utilizat este procesul de flotare cu aer dizolvat sub presiune, care prin destindere la presiunea apropiată de cea atmosferică elimină bule fine, care se ataşează sau se înglobează în flocoanele de nămol şi le ridică la suprafaţă. Pentru asigurarea unei concentraţii convenabile de materii în suspensie la alimentare, se practică recircularea unei fracţiuni de efluent.

Fermentarea nămolului, în vederea unei prelucrări ulterioare sau a depozitării se poate realiza prin procedee anaerobe sau aerobe - primele fiind cel mai des folosite. Nămolul fermentat poate fi mai uşor deshidratat, cu cheltuieli mai mici decât în cazul nămolului brut.

Factorii care influenţează procesul de fermentare anaerobă a nămolului se pot grupa în două categorii:

caracteristicile fizico-chimice ale nămolului supus fermentării: concentraţia substanţelor solide, raportul mineral/volatil, raportul dintre componenta organică şi elemente nutritive, prezenţa unor substanţe toxice sau inhibitoare etc.;

concepţia şi condiţiile de exploatare ale instalaţiilor de fermentare: temperatura, sistemul de alimentare şi evacuare, sistemul de încălzire, de recirculare, de omogenizare, timpul de fermentare, încărcarea organică etc.

Din punct de vedere termic, procesele de fermentare anaerobă se pot clasifica în trei categorii:

fermentare criofilă (fără încălzire) la temperatura mediului ambiant; fermentare mezofilă (32-35o C); fermentare termofilă (≈55oC).

Fermentarea aerobă a nămolului constă într-un proces de degradare biochimică a compuşilor organici uşor degradabili.

Fermentarea aerobă se realizează în practică prin aerarea separată a nămolului (primar, secundar sau amestec) în bazine deschise. Fermentarea aerobă a nămolului se recomandă mai ales pentru prelucrarea nămolului activ în exces, când nu există treaptă de decantare primară, sau când nămolul primar nu se pretează la fermentare anaerobă.

Un nămol se consideră fermentat aerob când componenţa organică s-a redus cu 20-25%, cantitatea de grăsimi a ajuns la maximum 6,5 % (faţă de substanţa uscată), activitatea enzimatică este practic nulă, iar testul de fermentabilitate este negativ.

Tabelul 14.2. Exemple de procese de tratare a nămolului de epurare practicate pe plan internaţionalProcesul DescriereaPasteurizarea nămolului de epurare

Minimum 30 minute la 70 °C sau minimum 4 ore la 55 °C (sau alte condiţii corespunzătoare), urmate întotdeauna de o fermentare primară anaerobă mezofilă.

Fermentare aerobă mezofilă

Perioada medie de menţinere în fermentaţie anaerobă este de cel puţin 12 zile la o temperatură de 35 °C ± 3 °C sau cel puţin 20 de zile de fermentaţie primară la o temperatură de 25 ± 3°C, urmat, în fiecare caz; de un al doilea stadiu care să ofere o medie de menţinere de cel puţin 14 zile.

Fermentare aerobă termofilă

Perioada medie de menţinere în fermentaţie este de cel puţin 7 zile, iar temperatura va fi de 55°C timp de cel puţin 4 ore.

Compostare (vrac sau grămadă aerată)

Compostul trebuie menţinut la 40 oC cel puţin 5 zile, iar timp de 4 ore în această perioadă va trebui să atingă minimum 55°C în interiorul grămezii urmată de o perioadă de maturare adecvată.

Stabilizarea cu carbonat de calciu

Adăugarea de carbonat de calciu face să crească valoarea pH a nămolului până la circa 12. După aceea, nămolul poate fi folosit direct pe terenurile agricole (nămol sub formă de pastă aplicabil cu utilajele agricole destinate

(CaCO3) aplicării îngrăşămintelor organice).Păstrarea în stare lichidă Depozitarea nămolului lichid se face pe o perioadă minimă de 3 luni.

Deshidratarea şidepozitareanămolului

Condiţionarea nămolului de epurare cu carbonat de calciu sau cu alţi coagulanţi urmată de deshidratare şi depozitare timp de minimum 3 luni se face dacă nămolul a fost supus anterior unui proces de fermentaţie mezofilă primară şi o depozitare pe o perioadă de cel puţin 14 zile.

Aducerea nămolurilor primare, secundare sau stabilizate în categoria nămolurilor uşor filtrabile se realizează, în principal, prin condiţionare chimică sau termică. Se pot obţine, teoretic, rezultate satisfăcătoare şi prin adaos de material inert (zgură, cenuşă, rumeguş etc.), dar acest procedeu prezintă dezavantajul de a creşte considerabil volumul de nămol ce trebuie prelucrat în continuare.

Deshidratarea nămolurilor se poate face prin procedee naturale (pe platforme de uscare a nămolului, iazuri de nămol etc.) sau prin procedee artificiale - mecanice (vacuum - filtre, filtre presă, centrifuge etc.).

Reducerea avansată a umidităţii nămolului se poate realiza prin evaporarea forţată a apei, până la o umiditate de 10-15%, în instalaţii speciale şi cu aport de energie exterioară.

Principalele tipuri de instalaţii utilizate pentru uscarea termică a nămolului sunt: uscătoare cu vetre etajate, uscătoare rotative şi uscătoare prin atomizare.

Nămolurile de epurare nu pot fi utilizate în agricultură decât în conformitate cu directiva 86/278/CEE şi cu directivele 75/442/CEE şi 78/319/CEE.

Pentru efectuarea analizelor chimice asupra nămolirilor de epurare, asupra solurilor, precum şi pentru prelevarea probelor, directiva 86/278/CEE prevede următoarele:

1. analizele nămolurilor. Ca regulă generală, nămolurile trebuie să fie analizate odată la şase luni. Dacă apar modificări în calitatea apelor tratate, frecvenţa acestor analize trebuie să crească. Dacă rezultatele analizelor nu variază în mod semnificativ pe o perioadă de un an, nămolurile trebuie să fie analizate cel puţin odată la douăsprezece luni. Trebuie să se analizeze următorii parametri: materia (substanţa) uscată, materia organică, pH, cadmiu, cupru, nichel, plumb, zinc, mercur, crom.

2. analizele solurilor: Înainte de utilizarea altor nămoluri decât cele rezultate de la staţiile de epurare, statele membre trebuie să verifice conţinutul în metale grele al solurilor astfel încât să nu se depăşească valorile limită fixate (tabelul 14.3). De asemenea, ele decid asupra frecvenţei analizelor ulterioare ţinând cont de conţinutul în metale grele al solurilor înainte de utilizarea nămolurilor, de cantitatea şi de compoziţia nămolurilor utilizate, precum şi de orice alt element aferent.

Parametrii analizaţi sunt: pH, cadmiu, cupru, nichel, plumb, zinc, mercur, crom.

Tabelul 14.3. Valori limită ale concentraţiilor în metale grele în nămolurile destinate utilizării în agricultură (mg/kg de materie uscată)

Parametrii Valori limităCadmiu 20-40Cupru 1000-1750Nichel 300-400Plumb 750-1200Zinc 2500-4000

Mercur 16-25Crom -

14.11. Diminuarea concentraţiilor de azot şi fosfor

Compuşii azotului (în special nitraţii) rezultaţi după epurarea apelor uzate orăşeneşti, industriale sau din zootehnie pot fi dăunători pentru calitatea apelor receptoare ale efluenţilor staţiilor de epurare. Ei pot acţiona în apele naturale ca „fertilizatori" care stimulează creşterea algelor şi a altor plante acvatice, determinând o accelerare a eutrofizării.

Nitrificarea şi denitrificarea bacteriană sunt considerate drept cele mai promiţătoare metode biologice de îndepărtare a azotului, datorită potenţialului înalt de eficienţă, costului moderat şi a necesităţilor relativ reduse pentru teren.

Nitrificarea biologică este procesul prin care azotul din apa uzată brută sau decantată este transformat în nitraţi.

Nitrificarea amoniacului este un proces în două faze:Faza 1: NH4

++3/2 O2NO2- + 2H+ +H2O

Faza II: NO2- + ½ O2 NO3

-

Aceste 2 reacţii sunt producătoare de energie. Microorganismele implicate în proces (Nitrosomonas, Nitrobacter) consumă energia derivată din aceste reacţii pentru dezvoltarea celulară şi supravieţuire.

Reacţia energetică totală este : NH4+ + 2 O2 NO3

- + 2H+ + H2O.În funcţie de modul de separare al proceselor de oxidare a carbonului şi

nitrificare procedeele de nitrificare pot avea loc ,,într-o singură etapă,, sau în ,,treaptă separată,,.

Nitrificarea într-o singură etapă poate fi realizată în orice procedeu cu nămol activat cu biomasă în suspensie. Realizată în cursul tratării aerobe a apelor uzate, nitrificarea este condiţionată de menţinerea unei populaţii de bacterii active şi a unui grad semnificativ de aerare. Nitrificarea în treaptă separată este un procedeu cu oxidarea carbonului şi nitrificarea în bazine cu biomasă în suspensie, în trepte distincte.

Denitrificarea efluenţilor care conţin nitraţi se realizează în bazine anaerobe, însămânţate cu nămol recirculat, după adăugarea unei surse de C şi energie (cel mai frecvent metanolul). Pentru fiecare sector de producţie există diverse variante de tehnologii bacteriene pentru îndepărtarea excesului de nitraţi. Procedeele pot fi cu biomasă în suspensie sau cu biomasă fixată.

Pentru îndepărtarea azotului ar putea fi folosite şi diverse procedee fizice şi chimice. Dintre acestea amintim: striparea, clorarea la breakpoint, schimbători de ioni selectivi.

Pentru îndepărtarea fosforului sunt utilizate următoarele procedee: procedeul A/O – presupune îndepărtarea fosforului pe linia apei, în

treapta biologică, procedeul cu bazin secvenţial – utilizat pentru debite mici de apă

uzată, procedeul PHOSTRIP – implică îndepărtarea fosforului pe linia

nămolului.Conform actelor normative, instalaţiile de epurare a apelor uzate sunt

prevăzute pentru toate comunităţile cu mai mult de 15.000 locuitori. Apele uzate epurate trebuie să fie evacuate astfel încât, în avalul deversării, apele receptorului să se poată încadra în prevederile standardului de calitate al apelor de suprafaţă.

La proiectarea şi realizarea sistemelor de canalizare şi epurare se va face şi studiul de impact asupra sănătăţii publice.

Îndepărtarea apelor uzate menajere şi industriale se face numai prin reţea de canalizare a apelor uzate, fiind interzisă răspândirea neorganizată, direct pe sol sau în bazinele naturale de apă. În cazul apelor care provin de la unităţi sanitare sau de la unităţi care prin specificul lor contaminează apele reziduale cu agenţi patogeni, acestea se vor trata în incinta unităţilor respective, asigurându-se dezinfecţia şi decontaminarea înainte de evacuarea în colectorul stradal.

14.12. Mijloace de combatere şi limitare a poluării apelor de suprafaţă.

În sinteză, aceste mijloace sunt:a. dezvoltarea şi modernizarea sistemului de monitoring a calităţii apelor

de suprafaţă. S-a instituit un fond special, extrabugetar, denumit fondul apelor, care

este constituit din taxele şi tarifele pentru serviciile de avizare şi autorizare, precum şi din penalităţi. Scopul este de a susţine financiar realizarea Sistemului naţional de supraveghere cantitativă şi calitativă a apelor; dotării laboratoarelor; modernizarea staţiilor de epurare a apelor uzate; acordării de bonificaţii pentru cei care au rezultate deosebite în protecţia epuizării şi degradării resurselor de apă etc.

b. reducerea poluării la sursă prin adoptarea unor tehnologii de producţie ecologică.

De exemplu, pentru protecţia consumatorilor împotriva agenţilor patogeni, instalaţiile de tratare a apei de suprafaţă trebuie să fie proiectate cu 4 etape, prin care se realizează un şir de bariere de îndepărtare a contaminării microbiene:

rezervor de stocare apă brută; coagulare, floculare şi sedimentare; filtrare; dezinfecţie terminală.

Dezinfecţia apei se poate face cu substanţe clorigene (clorul rezidual liber trebuie să fie de 0,5 mg/l), ozon sau radiaţii ultraviolete

c. realizarea unor sisteme adecvate de descărcare a apelor uzate în emisari (conducte de descărcare dotate cu sisteme de dispersie, stabilirea corectă şi exactă a punctelor de descărcare, respectarea indicatorilor de calitate ai apelor uzate etc.)

d. taxe pentru evacuarea apelor uzate. e. întocmirea unor planuri fezabile de alarmare şi intervenţie rapidă în caz

de poluări accidentale şi punerea lor în practică;f. epurarea apelor uzate înainte de descărcarea lor în emisari;g. atribuirea unor bonificaţii celor care manifestă o grijă deosebită pentru

menţinerea calităţii apelor.

i. pentru păstrarea şi ameliorarea calităţii apelor sunt necesare o serie de măsuri, în care o pondere însemnată se referă la funcţionarea staţiilor de epurare:

refacerea bilanţurilor cantitative şi calitative pe platformele industriale, în vederea reducerii noxelor din apele uzate la intrarea în staţiile de epurare, reducându-se astfel gradul de încărcare cu impurificatori;

măsuri tehnologice, în scopul micşorării volumului de ape uzate şi cantităţilor de impurificatori evacuate la receptorii naturali;

perfecţionarea, sau chiar înlocuirea, unor procese tehnologice de producţie mari poluatoare (înlocuirea evacuării hidraulice a dejecţiilor de la fermele zootehnice cu sistemul de evacuare uscat);

eliminarea racordurilor directe la emisari şi realizarea de instalaţii de epurare a apelor uzate la toate sursele de poluare care nu posedă astfel de instalaţii;

extinderea noilor secţii la agenţii economici să se coreleze cu extinderea instalaţiilor de epurare a apelor uzate.

1515

Protecţia solului

15.1. Introducere

Solul este definit ca stratul de la suprafaţa scoarţei terestre. Este format din particule minerale, materii organice, apă, aer şi organisme vii. În concepţie ecologică, solul este ,,sediul complex de substanţe – surse de nutrienţi şi de energie -, al unor organisme şi microorganisme, însuşiri şi procese, determinat atât de compoziţia şi arhitectura sa proprie, cât şi de totalitatea factorilor pedogenetici care-l influenţează neîntrerupt, în special factori climatici şi foarte frecvent cei hidrologici.

Solul este descris ca un sistem dinamic cu trei faze: solidă, lichidă şi gazoasă.

Formarea acestuia este un proces complex, îndelungat, în cursul căruia, prin mecanisme fizice, chimice şi biologice, roca mamă, sterilă, dobândeşte caracterul de fertilitate. Un rol important îl joacă procesele de oxidare fermentativă şi catalitică, de reducere şi de hidroliză. Ca urmare, solul se îmbogăţeşte cu substanţele organice şi anorganice necesare şi are loc circulaţia chimică a substanţelor. Faza solidă a solurilor şi rocile ce formează solul sunt alcătuite din particule de diferite dimensiuni (elemente mecanice). Conţinutul relativ al acestor elemente în sol determină compoziţia lui granulometrică (textura solului). În funcţie de mărimea particulelor, solurile se împart în: nisipoase, argilonisipoase şi argiloase. De compoziţia mecanică a solului şi a rocilor ce îl formează depinde, într-o mare măsură, intensitatea multor procese din sol legate de transformările, transportul şi acumularea compuşilor organici şi minerali.

Componenta organică a solurilor este reprezentată de substanţele humice care servesc drept sursă de hrană pentru microorganismele solului şi ajută la structurarea lui. Formarea humusului are loc în urma transformării resturilor organice care ajung în sol după moartea plantelor. Componenta biologică a solului este reprezentată de plantele verzi, microorganisme şi animale.

Fertilitatea solului este ,,caracteristica dobândită de scoarţa terestră, mărunţită, de a întreţine procese complexe de natură biologică, chimică şi fizică acumulatoare de biomasă, humus şi săruri minerale,,.

La formarea fertilităţii solului un important rol îl joacă microorganismele. În sol trăiesc, în număr mare, bacterii, ciuperci microscopice şi alge (tab. 15.1). Microflora solului reprezintă 0,1 % din volumul lui (7-10 t de substanţă vie la hectar), iar masa uscată atinge aproape 2 t la ha.

Deosebit de importante pentru circuitul substanţelor în sol sunt bacteriile. Bacteriile heterotrofe descompun resturile organice până la compuşi minerali simpli. Ele pot fi atât aerobe cât şi anaerobe. Unele realizează procesul de amonificare, altele reduc NO3 până la N2, adică înfăptuiesc procesul denitrificării.

Fertilitatea solului se apreciază după conţinutul de humus.

15.2. Solul - funcţii

Solul este un sistem deschis şi o resursă esenţial neregenerabilă ce îndeplineşte multe funcţii (economice, sociale, culturale şi de protecţie a mediului) şi furnizează servicii vitale pentru activităţile umane şi pentru supravieţuirea ecosistemelor.

Aceste funcţii sunt: producţie de biomasă, inclusiv în agricultură şi în domeniul silvic; depozitare, filtrare şi transformare a nutrienţilor, substanţelor şi

apei; zone de biodiversitate, cum sunt habitatele, speciile şi altele; mediu fizic şi cultural pentru populaţie şi activităţi umane; sursă de materii prime; sursă de cărbune; patrimoniu geologic şi arheologic.

15.3. Clasificarea terenurilor în România

În legislaţia naţională, în funcţie de destinaţia lor, terenurile se împart în mai multe categorii:

terenuri cu destinaţie agricolă; terenuri cu destinaţie forestieră; terenuri aflate permanent sub ape; terenuri din intravilan, aferente localităţilor urbane şi rurale pe care

sunt amplasate construcţiile, alte amenajări ale localităţilor, inclusiv terenurile agricole şi forestiere;

terenuri cu destinaţii speciale cum sunt cele folosite pentru transporturile rutiere, feroviare, navale şi aeriene, plajele, rezervaţiile, monumentele naturii, ansamblurile şi siturile arheologice şi istorice etc.

Calitatea terenurilor agricole cuprinde atât fertilitatea solului, cât şi modul de manifestare a celorlalţi factori de mediu faţă de plante. Din acest punct de vedere, terenurile agricole se grupează în 5 clase de calitate, diferenţiate după nota de medie de bonitare (clasa I – 81-100 puncte...... clasa a V-a – 1-20 puncte).

Clasele de calitate ale terenurilor dau pretabilitatea acestora pentru folosinţele agricole. Cele mai multe terenuri se grupează în domeniul claselor de calitate a II-a şi a III-a. Practic în clasa I de calitate la arabil intră 8,77% din totalul terenurilor, restul claselor prezentând diferite restricţii. În cazul păşunilor şi al fâneţelor majoritare sunt clasele III-V, în cel al viilor, clasele II-IV, iar al livezilor, clasele III-V.

15.4. Ameninţări

În ultimele decenii, solul se află sub o presiune crescândă, condusă sau exacerbată de activitatea umană (practicile agricole şi silvice necorespunzătoare, dezvoltarea industrială sau urbană şi turismul). Aceste activităţi afectează negativ capacitatea solului de a-şi exercita în deplină capacitate varietatea funcţiilor sale. În plus, degradarea solului are un impact puternic şi asupra altor zone precum: apa, sănătatea populaţiei, schimbările climatice, protecţia naturii şi a biodiversităţii şi securitatea alimentară.

În anul 2002, prin Comunicarea "Către o Strategie Tematică pentru Protecţia Solului", Comisia a identificat principalele opt ameninţări cu care se confruntă solul UE. Acestea sunt:

eroziunea –115 mil. ha (circa 12% din suprafaţa terestră totală a Europei) sunt afectate de eroziune hidrică şi 42 mil. ha sunt afectate de degradarea produsă prin eroziunea datorată vântului. Degradarea gravă priveşte 2% din suprafaţă.

declinul materiei organice – materia organică a solului joacă un rol determinant în ciclul carbonului. Solul este o sursă de emisie a gazelor cu efect de seră şi un rezervor important de carbon deoarece el conţine 1500gigatone de carbon organic şi mineral.

contaminarea - se estimează că circa 3,5 mil. de site-uri sunt contaminate, din care 0,5 sunt grav contaminate.

salinizarea – este prezentă pe 3,8 mil. ha în Europa. Probleme deosebite sunt înregistrate în anumite regiuni din Grecia, Portugalia, Franţa, Slovacia şi Austria.

compactarea –unii autori apreciază că 36% din suprafaţa Europei prezintă riscuri, uneori foarte ridicate, alţii afirmă că 32% din soluri sunt vulnerabile şi 18% sunt mediu afectate.

scoaterea din circuitul agricol. pierderea biodiversităţii solului – biodiversitatea solului se

raportează la diversitatea genelor, funcţiilor, dar şi la capacitatea metabolică a ecosistemelor.

alunecările de teren şi inundaţiile - suprafeţele afectate de alunecări nu sunt cunoscute (inventariate) în prezent, dar această problemă poate fi legată de creşterea demografică, turism, utilizarea intensivă a terenurilor şi schimbările climatice.

15.5. Poluarea solului.

Poluarea solului constă în orice acţiune care produce dereglarea funcţionării normale a solului ca suport şi mediu de viaţă în cadrul diferitelor ecosisteme naturale sau antropice. Dereglarea se manifestă prin degradare: fizică (compactare sol, degradare structură), chimică (acidifiere, sărăturare, poluare chimică), biologică (poluare cu germeni patogeni, reducerea populaţiilor de microorganisme) şi radioactivă. Există şi alte tipuri de degradare: degradare prin exces de apă, eroziune, acoperirea cu halde, deponii şi deşeuri, scoatere din circuitul agricol sau silvic etc.

În tabelul 15.1 este prezentată situaţia degradării terenurilor din România în anul 2006.

Eroziunea este un proces geologic complex prin care particulele de sol sunt dislocate şi îndepărtate sub acţiunea apei şi a vântului, ajungând în mare parte în resursele de apă de suprafaţă. La aceste cauze se adăugă şi activităţile umane, prin practicarea agriculturii intensive şi prin gestionarea defectuoasă a terenurilor agricole. Intensitatea eroziunii de suprafaţă este în funcţie de viteza de scurgere, care la rândul ei depinde de mărimea şi lungimea pantei. Pe terenurile agricole situate în pantă procesul este accelerat prin efectuarea lucrărilor agricole pe direcţia pantei7.

În general, măsurile de combatere a eroziunii se reduce la măsuri organizatorice şi agrotehnice.7 Eroziunea prin scurgere de suprafaţă este caracteristică dealurilor şi podişurilor, dar şi teraselor râurilor din Câmpia

Română. Eroziunea prin deflaţie (eoliană) este caracteristică nisipurilor şi depozitelor nisipoase din Oltenia, Muntenia şi nord-vestul Crişanei. Aceasta poate fi cauzată de factori naturali –ape curgătoare, vânturi, zăpezi sau datorită acţiunii umane – exploatare şi întreţinere deficitară, în condiţiile divizării exagerate a terenurilor ca urmare a retrocedării acestora.

Eroziunea nu are numai consecinţe nefaste. Un exemplu în acest sens este dat de existenţa solurilor fertile ce s-au format pe depozite sedimentare, câmpii aluviale şi deltaice, platouri de loess.

Tabelul 15.2. Suprafaţa terenurilor agricole afectate de diverşi factori limitativi ai capacităţii productive

Denumirea factoruluiSuprafaţa afectată[mii ha]

Total Arabil Secetă 7100 Exces periodic de umiditate în sol 3781 Eroziunea solului prin apă 6300 Alunecări de teren 702 Eroziunea solului prin vânt 378 Schelet excesiv de la suprafaţa solului 300 Sărăturarea solului,

din care cu alcalinitate ridicată 223 Compactarea solului datorită lucrărilor necorespunzătoare ("talpa plugului") 6500 Compactarea primară a solului 2060 Formarea crustei 2300 Rezervă mică-extrem de mică de humus în sol 7485 Aciditate puternică şi moderată 3424 Asigurarea slabă şi foarte slabă cu fosfor mobil 6330 Asigurarea slabă şi foarte slabă cu potasiu mobil 787 Asigurarea slabă cu azot 5110 Carenţe de microelemente (zinc) 1500 Poluarea fizico-chimică şi chimică a solului, din care:

- poluarea cu substanţe purtate de vânt 3192 - distrugerea solului prin diverse excavări 242

Acoperirea terenului cu deşeuri şi reziduuri solide 18

Pe lângă fenomenele de eroziune, în regiunile cu relief accidentat, o formă frecventă de degradare a terenurilor o constituie alunecările de teren. Acestea reprezintă deplasări spontane, naturale, ale unor mase de pământ spre baza versanţilor sau taluzurilor, ca urmare a pierderii stabilităţii masivelor de pământ de pe versanţi, taluzuri sau maluri. Alunecările de teren sunt datorate interacţiunii unor factori naturali şi activităţii omului. Condiţii propice de apariţie sau reapariţie a alunecărilor, le creează ploile cu intensitate mică, dar cu durate mari, precum şi topirea lentă a zăpezii. Activităţile antropice, ca factor cauzal, favorizează alunecările prin lucrări de reţinerea apei pe versanţi (canale, bazine de acumulare, terase), prin săpături pentru canale, cariere, căi de comunicaţii, prin defrişarea pădurilor de pe terenurile predispuse alunecărilor etc..

Compactarea solului este clasificată în funcţie de: origine – naturală (datorată factorilor şi proceselor care au condus la

formarea solului) şi artificială (datorată, de regulă, greşelilor tehnologice din sistemul agricol);

localizare (adâncimea) la care se manifestă - compactare de suprafaţă şi de adâncime.

Printre efectele negative ale compactării solului sunt:

degradarea structurii solului (prin modificarea chimismului şi datorită acţiunilor mecanice);

scăderea permeabilităţii solului pentru apă şi aer ceea ce conduce la creşterea riscului de exces de apă;

reducerea capacităţii de reţinere a apei şi a conţinutului de apă accesibilă;

înrăutăţirea regimului aerohidric; inhibarea dezvoltării sistemului radicular creşterea rezistenţei la arat (creşterea consumurilor) etc.

Pe lângă efectele benefice, lucrările de îmbunătăţiri funciare (irigaţiile în special) au determinat şi efecte nedorite pentru situaţia ecologică şi fertilitatea unor terenuri agricole:

exces de umiditate şi sărăturare (salinizarea secundară reprezintă procesul de acumulare a sărurilor dăunătoare plantelor (Na2SO3, MgCO3, CaCO3, Na2SO4, NaCl ş.a.) în straturile superioare ale solului, în depresiunile fără scurgere. Acest proces, ce însoţeşte irigarea terenurilor, transformă anual, în diferite ţări ale lumii, sute de mii de hectare de terenuri irigate în pământuri sterile);

poluarea apelor freatice (în special în localităţi şi zone limitrofe); ridicarea nivelului apei freatice (în Câmpia Română); desecare excesivă (în Delta Dunării), alunecări de teren (în Vâlcea şi unele zone din Transilvania), sărăcirea florei şi faunei naturale (în Lunca Dunării) etc.

La degradarea solului contribuie şi folosirea excesivă a îngrăşămintelor chimice.

De exemplu, excesul îngrăşămintelor sub formă de azotat de amoniu determină în timp acidifierea solului; poate conduce la acumularea de azot nitric în plantele legumicole; poluează cu nitriţi apele subterane etc.; NH4 în exces împiedică asimilarea Ca 2+, Mg 2+; K+; îngrăşămintele fosfatice induc carenţe în zinc; excesul de NO3 şi HPO4

2- împiedică asimilarea Ca2+, K+; K+ în exces împiedică asimilarea Ca2+ şi Mg2+ etc.

Poluarea cu pesticide se produce pe două căi:1) una impusă de necesitatea de a contracara poluarea biologică şi anume:a. poluarea verde creată de invazia de buruieni în condiţiile necontrolării

lor în ecosisteme.b. poluarea brună, creată de boli şi dăunători mai ales în condiţii

favorabile dezvoltării acestora: umiditate şi căldură optimă, îndeosebi la culturi sensibile cum sunt legumele, pomii, viţa de vie şi altele.

2) o alta produsă de folosirea neraţională a pesticidelor.Probleme legate de poluare ridică produsele cu persistenţă ridicată, care

pot pătrunde în lanţul trofic şi pot afecta în final sănătatea oamenilor şi a animalelor. Efectele negative sunt agravate de faptul că unele pesticide au perioade de remanenţă extrem de mari, fiind aproape nebiodegradabile. Timpii de înjumătăţire ale unor clase de pesticide sunt de ordinul lunilor sau al anilor. Situaţia este mai gravă, de obicei, pe terenurile nisipoase.

Metalele grele acumulate în sol peste o anumită limită au efecte negative asupra microflorei şi microfaunei dar şi asupra plantelor superioare.

Riscul de poluare cu metale grele depinde de speciile de plante, forma elementelor din sol, procesele de adsorbţie şi absorbţie, condiţiile de climă etc. Factorii edafici care influenţează accesibilitatea metalelor grele pentru plante sunt: textura solului, reacţia solului (o reacţie în jur de 6,5 reduce accesibilitatea), conţinutul de humus (conţinut ridicat determină o accesibilitate mai mică), capacitatea de schimb cationică, drenajul solului etc.

De exemplu: Pb (0,1-20 ppm) inhibă activitatea biologică inactivând dehidrogenaza,

ureaza; provoacă limitarea absorbţiei apei; inhibă creşterea plantelor.Zn – (sursă principală – nămolurile de la apele uzate) reduce activitatea

biologică din sol, modifică proprietăţile fizico-chimice, acţionează asupra microorganismelor dereglând procesul de transformare a materiei organice din sol şi încetineşte procesele fiziologice.

Cd (1 ppm- întâlnit de regulă în îngrăşămintele fosfatice) se găseşte asociat cu Zn, este slab reţinut în sol, produce blocarea proceselor microbiologice. Plantele în funcţie de sensibilitatea la Cd se clasifică astfel: sensibile - soia, salata, spanacul (4-13 ppm); mediu rezistente- tomatele, varza (17 ppm); foarte rezistente –orezul (640 ppm).

Poluanţii din atmosferă depuşi pe sol provin din surse naturale şi antropice: particule minerale solide inerte şi diverşi compuşi chimici solizi sedimentabili – sulfaţi, fosfaţi, carbonaţi; compuşi gazoşi antrenaţi prin ploi în sol; anioni sau cationi.

15.6. Metode de depoluare a solului

Spre deosebire de alte medii, depoluarea solului prezintă anumite caracteristici:

poluarea constă nu numai în pătrunderea poluantului, ci şi în provocarea de dezechilibre, fiindu-i afectate funcţiile sale fizice, chimice şi biologice (scăderea fertilităţii);

înlăturarea poluantului este dificilă şi de durată; întreruperea pătrunderii poluantului (înlăturarea lui), nu duce

întotdeauna, implicit, la depoluarea solului, la revenirea lui la starea iniţială şi refacerea fertilităţii.

Sintetic, metodele de depoluare a solului sunt prezentate în tabelul 15.4.Alegerea metodei şi determinarea standardului de remediere final va fi

întotdeauna guvernat de factorii specifici zonei poluate.Procesele actuale disponibile pentru remedierea solului pot fi împărţite în

5 categorii generale:Biologice - implică transformarea sau mineralizarea substanţelor

contaminante până la mai puţin toxice, mai mobile, sau mai toxice dar mai puţin mobile. Aceasta poate include: fixarea sau acumularea poluanţilor în biomasa culturilor recoltabile. Principalele avantaje ale acestor metode sunt abilitatea lor de a distruge o gamă largă de componente organice, potenţialul lor benefic asupra structurii solului şi a fertilităţii şi imaginea lor general netoxică („verde”). Pe de altă parte, punctul final al procesului poate fi nesigur şi dificil de cuantificat, tratamentul însăşi poate fi încet şi nu toate substanţele contaminante sunt aduse de tratament la mijloace biologice.

Chimice - componentele toxice sunt distruse, fixate sau neutralizate prin reacţii chimice. Principalele avantaje sunt acelea că prin acest mod de abordare este posibilă distrugerea substanţelor chimice recalcitrante biologic. Pe de altă parte, este posibil ca unii poluanţi să fie incomplet trataţi, produsele folosite să fie ele însele cauza distrugerii solului şi adeseori să existe necesitatea unor forme de tratament secundar suplimentar.

Fizice – aceste metode implică îndepărtarea fizică a materialelor contaminante, adeseori prin concentraţie sau excavare, pentru un tratament următor sau eliminare. Taxa de teren acoperit precum şi costurile pentru eliminarea reziduurilor speciale au făcut ca remedierea să fie o opţiune a acestor metode. Acţiunea pur fizică, care nu implică un produs suplimentar, ar putea fi văzută ca un avantaj pentru unele aplicaţii şi concentraţii de

contaminanţi întrucât se reduce semnificativ riscul unei a doua contaminări. În orice caz, contaminanţii nu sunt distruşi, concentraţia atinsă necesită inevitabil măsuri de reţinere (stocare) şi tratamente ulterioare tipic cerute în astfel de cazuri.

Solidificare / Vitrificare - solidificarea este încapsularea contaminanţilor într-o structură integrată, asociată cu sau fără fixare chimică, atunci când există ceea ce se numeşte „stabilizare”. Vitrificarea foloseşte temperaturi ridicate pentru a topi materialele contaminante.

Un avantaj major este că elementele şi / sau componentele toxice care nu pot fi distruse, sunt redate indisponibil mediului. Un al doilea beneficiu, solurile solidificate pot stabiliza porţiuni pentru viitoare activităţi de construcţii. Cu toate acestea, contaminanţii nu sunt efectiv distruşi şi structura solului este irevocabil deteriorată. În general, aceste metode nu sunt potrivite pentru contaminanţii organici.

Termice - contaminanţii sunt distruşi prin tratament termic, folosind procese de incinerare, gazificare, piroliză etc. Cu siguranţă, principalul avantaj al acestei abordări este acela că substanţele contaminante sunt în cea mai mare parte efectiv distruse. Partea negativă este că această metodă atrage cheltuieli energetice mari şi în acelaşi timp, metoda nu este potrivită pentru multe elemente toxice. În plus, materia organică şi structura solului este distrusă.

Tehnici In Situ şi Ex Situ O modalitate comună în care toate formele de remediere sunt deseori

caracterizate este ca abordări in situ şi ex situ. Acestea reprezintă clase largi, artificiale, bazate pe mai multe tratamente – pe sau în afara porţiunii (site-ului).

Tehnicile in situ au avantajul de a produce o perturbare minimă a zonei respective, înlătură multe întârzieri potenţiale ale metodelor care cer excavarea şi îndepărtarea solului poluat, reduc riscul de împrăştiere a poluantului şi au o probabilitate redusă de expunere a muncitorilor la substanţe volatile toxice. Dintre dezavantaje enumerăm: cerinţa stringentă pentru investigarea şi supraveghere completă a suprafeţei, procedeul nu este uşor de controlat, procesul de „optimizare” presupus poate, în fapt, să fie mai puţin decât optim şi punctul final, real, poate fi dificil de determinat.

Principala caracteristică a metodelor ex situ este că solul este îndepărtat de la locul iniţial pentru tratament. Principalele beneficii sunt: protocolul de lucru este uşor de optimizat, controlul procesului este uşor de menţinut, monitorizarea se realizează cu mai multă acurateţe, aceste abordări sunt mai rapide decât tehnicile corespondente in situ. Ele sunt potrivite pentru situaţii de poluare de suprafaţă, localizată, pentru concentraţii medii până la relativ înalte de poluanţi. Dintre dezavantaje menţionăm costurile de transport suplimentare, probabilitatea ridicată de poluare secundară, ca urmare a mutării solului. Fireşte, aceste abordări necesită o suprafaţă de teren suplimentară pentru tratament şi prin urmare opţiuni tipic mult mai scumpe.

Recent a fost adoptată o abordare alternativă de a clasifica activităţile de remediere. Astfel, se vorbeşte despre metode „intensive” şi „extensive”. Tehnologiile intensive pot fi caracterizate ca sofisticate, cu acţiune rapidă, strategii de intervenţie înalte, cu o cerere mare de resurse şi costuri de iniţiere, derulare şi sprijin mari. Spălarea solului şi tratamentele termale sunt bune exemple de abordări „intensive”. Metodele extensive sunt intervenţii cu acţiune înceată, bazate pe o tehnologie simplă şi inginerie mai puţin sofisticată, cu o cerinţă mică de resurse şi costuri de iniţiere, derulare şi sprijin scăzute. Aceste tehnologii sunt potrivite zonelor poluate în care nu viteza este esenţială. Exemplele includ compostarea, promovarea activităţii biologice in situ în zona radiculară, cultivarea de plante care acumulează metale grele etc.

Tehnologiile individuale au fiecare limitele lor. Ca urmare, în vederea creşterii eficienţei remedierii este necesară utilizarea unei abordări combinate, integrând diferite procese pentru a asigura un tratament general. Integrarea procesului poate fi realizată prin combinarea unor tehnologii fundamental diferite (spre ex. biologice şi chimice) precum şi tehnici in situ sau ex situ, intensive sau extensive. O astfel de atitudine („culege şi combină”) face ca întreaga abordare de depoluare a terenului să fie mult mai flexibilă.

15.7. Protecţia subsolului

În conformitate cu alin. 4 din art. 136 din Constituţia României, bogăţiile de interes public ale subsolului, apele cu potenţial energetic valorificabil, de interes naţional, fac obiectul exclusiv al proprietăţii publice.

Statul are obligaţia să asigure exploatarea resurselor naturale în concordanţă cu interesul natural, ceea ce implică şi respectarea normelor de protecţie şi conservare a mediului.

15.8. Seceta, degradarea terenului şi deşertificarea

Din cauza legăturilor strânse la apariţie, manifestare, prin consecinţele devastatoarea pe care le au asupra mediului şi dezvoltării comunităţilor umane, degradarea solului, seceta şi deşertificarea sunt aspecte care cu greu pot fi separate. Ele reprezintă, după poluare, cea de-a doua mare problemă cu care se confruntă omenirea, în ultima jumătate de secol.

Extinderea acestor fenomene distructive la nivel global este pusă în evidenţă de datele climatice care relevă o încălzire progresivă a atmosferei şi o reducere a cantităţilor de precipitaţii, care conduc la apariţia secetei. Permanentizarea acestui fenomen determină producerea aridizării, ca o primă fază în instalarea unui climat secetos, iar, ulterior, a deşertificării, care se recunoaşte prin scăderea drastică a disponibilităţilor de apă, prin reducerea producţiilor culturilor agricole, a biomasei necesare ca material furajer şi a biomasei lemnoase, precum şi prin extinderea zonelor nisipoase.

Pe lângă schimbările climatice globale, accentuarea secetelor şi deşertificării se datorează şi presiunii antropice. Avem în vedere exploatările forestiere excesive, extinderea suprafeţelor agricole şi managementul defectuos al terenurilor, creşterea demografică rapidă şi, nu în ultimul rând, sărăcia.

La scară globală, terenurile supuse deşertificării ocupă o pătrime din totalul suprafeţei de uscat a Terrei şi afectează circa 1 miliard de locuitori din cele peste 110 state ale lumii atinse de deşertificare, dintre care şi ţara noastră. Condiţiile specifice deşertificării caracterizează cea mai mare parte din Africa (ţările Sahelului, Africa de Sud, Africa de Est), Asia (Asia de Sud-Est, Asia de Sud, Afghanistan, Java, Filipine), Australia şi America (nord-estul Braziliei, El Salvador, Guatemala, Haiti), precum şi unele ţări din Europa.

Principalele efecte ale secetelor constau în distrugerea recoltelor, diminuarea numărului de animale, prin pierderea lor şi reducerea resurselor de apă, care afectează în fiecare an milioane de oameni din ţările în curs de dezvoltare.

Populaţia cea mai săracă din aceste ţări este şi cea mai vulnerabilă, pentru că este nevoită să trăiască în condiţiile oferite de un mediu natural fragil, predispus la uscăciune. Amploarea situaţiei este evidenţiată de numărul urgenţelor datorate fenomenului de secetă.

Fenomenul de secetă din ultimii ani s-a manifestat şi în alte regiuni ale globului, respectiv în America, Europa şi Australia.

În anul 2000, seceta a lovit unele ţări europene, între care s-au numărat România, Bulgaria, Cehia şi Polonia.

Prin impactul asupra producţiei de hrană, seceta poate avea efecte devastatoare asupra sănătăţii umane. Aceasta cu atât mai mult cu cât seceta este un fenomen cu frecvenţă mare în zone extinse din state în curs de dezvoltare, cu populaţie numeroasă. Insuficienţa de hrană determină un nivel mai ridicat al morbidităţii, cauzat de o serie de afecţiuni, între care se deosebesc pelagra, anemia feriprivă, hipocalcemia, hipomagnezia, conţinutul scăzut în macro- şi, mai ales, micronutrienţi (vitamine, săruri minerale), dar şi slăbirea rezistenţei organismului faţă de factori patogeni.

Canicula poate cauza dezastre naturale. Astfel, ea poate produce incendii, sau poate întreţine incendiile de pădure provocate din neglijenţa omului. În acest caz sunt distruse suprafeţe însemnate de pădure (uneori, zeci de mii de ha), punând, totodată, în pericol viaţa persoanelor aflate în apropiere. De asemenea, ele provoacă nori de fum care împiedică desfăşurarea în condiţii bune a transporturilor.

Pe lângă extinderea zonelor de irigaţii, în scopul asigurării securităţii alimentare, eforturile s-au concentrat, de asemenea, pe combaterea efectelor secetei şi deşertificării şi prin alte mijloace. În acest sens se impun a fi menţionate iniţierea de acţiuni de împădurire şi reîmpădurire în numeroase state ale lumii, practici de agroforestare adoptate de fermierii din unele ţări, cu scopul de a-şi proteja culturile şi păşunile, construirea de reţele de drenaj pentru reducerea excesului de umiditate şi a salinizării.

Implementarea programelor de combatere a deşertificării şi secetei vizează, în egală măsură, aspectele economice şi sociale ale zonelor afectate sau care prezintă risc, cuprinzând eradicarea sărăciei şi promovarea sistemelor de mijloace de trai alternative, ca şi dezvoltarea mediului rural.

Tabelul 15.4. Tehnici biologice de depoluare a solurilor (sursa – Traitement biologique des sols pollués: recherche et innovation, www.ademe.fr)

(a)Tehnica Principiu Poluant

In s

itu

Bio

rem

edie

re

(mic

roor

gani

sme) biodegradare

Utilizarea capacităţii unor microorganisme de a transforma poluanţii în substrat (sursă de carbon, energie)

Hidrocarburi petroliere, solvenţi industriali, metale grele

bioimobilizareUtilizarea capacităţii unor microorganisme de a imobiliza unul sau mai mulţi compuşi prezenţi în faza solubilă

Metale şi produse petroliere

Bioextracţie Solubilizarea şi antrenarea în faza apoasă de către microorganisme a poluanţilor

Minerale, metale grele – Cu, Cr, Fe, Pb, Zn, Co; fosfor

Ex s

itu

bior

emed

iere

Tratament în bioreactor

Crearea unui amestec sol-apă – nutrienţi pentru stimularea creşterii populaţiei microbiene. Este pus în funcţiune un sistem de aeraţie pentru procesele aerobe. În final, faza solidă şi cea lichidă se separă şi solul este repus pe loc.

Hidrocarburi, fenoli, petrol, compuşi organici volatili sau semivolatili

(b)Tehnica Principiu Poluant

In s

itu ş

i în

afar

a si

tu-lu

i

bior

emed

iere

biorestaurare

Adăugare de N/P pentru a stimula creşterea microorganismelor indigene şi favorizarea degradării poluanţilor

Poluare organică – hidrocarburi petroliere, HAP, metale grele

biocreştere Introducerea în sol de microorganisme exogene adaptate

Hidrocarburi, HAP, PCB

biostimulare

Reînsămânţarea unor populaţii prelevate de pe site, a căror creştere a fost stimulată în laborator sau în bioreactoare instalate pe sol.

Hidrocarburi petroliere, HAP

Fito

rem

edie

re

fitoextracţieUtilizarea de plante capabile să extragă, să transporte şi să concentreze poluanţi din sol în părţi recoltabile (frunze, tulpini, rădăcini)

Metale (Pb, Cd, Zn, Cu), nitraţi

fitostabilizare

Reţinerea metalelor de către plante pentru limitarea riscului de levigare a poluanţilor şi contaminare a apelor freatice

Metale (Pb, Cd, Zn, Cu, As, Cr, Se)

Fitodegradare/fitotransformare

Transformarea de către plante a moleculelor organice complexe în compuşi simpli, care sunt integraţi în ţesuturile plantelor

Compuşi organici, nitraţi, fosfaţi

Fitovolatilizare/fitostimulare

Stimularea volatilizării poluanţilor absorbiţi de către plante şi eliminarea prin evapotranspiraţie

Metale (As, Hg, Se), compuşi organici volatili

Rizodegradare

Degradarea poluanţilor de către rădăcini şi activitatea microbiană asociată

Compuşi organici, solvenţi, produse fitosanitare

(c)Tehnica Principiu Poluant

In s

itu

Bio

rem

edie

re

( mic

roor

gani

sme)

bioventilareInjectarea de oxigen în zonele nesaturate pentru stimularea microflorei şi biodegradarea poluanţilor

Hidrocarburi, poluanţi biodegradabili

Biosparging(spălare)

Injectarea de aer, O2 sau nutrienţi în zonele saturate pentru întreţinerea activităţii microorganismelor indigene

Hidrocarburi, HAP, PCB

Bioventilare

Injectarea de aer în zona saturată pentru vaporizarea poluanţilor şi transportul în zonele nesaturate unde sunt biodegradaţi

Hidrocarburi puţin volatile

Tratament asociat asupra solului şi a apelor subterane

Apa poluată este pompată, tratată la suprafaţă, aerată, oxigenată, îmbogăţită în nutrienţi sau microorganisme, apoi este reinjectată în sol

Hidrocarburi, BTEX

Ex s

itu

bior

emed

iere

biopileRegruparea solului excavat în vederea tratării: compostare, aplicarea de tehnici agricole etc.

Poluanţii organici , metale grele

compostare Procedee de aerare care stimulează flora aerobă Poluanţi organici

1616

Resursele naturale şi conservarea biodiversităţii

16.1. Resurse naturale. Definiţie. Clasificare

Resursele naturale sunt elemente materiale, energetice şi informaţionale existente în mediu în afara activităţilor umane susceptibile de a fi utilizate de către sistemele biologice.

Potrivit Ordonanţei de urgenţă a Guvernului nr.195/2005 privind protecţia mediului, prin resurse naturale se înţelege ,,totalitatea elementelor naturale ale mediului ce pot fi folosite în activitatea umană,,. Conform acestei definiţii, orice element material sau energetic reprezintă o sursă potenţială, ea urmând a deveni o resursă reală, atunci când va exista un program informaţional care să facă posibilă utilizarea ei.

În DEX prin resurse naturale se înţelege totalitatea zăcămintelor de minerale şi de minereuri, a terenurilor cultivabile, a apelor şi a pădurilor de care dispune o ţară.

Resursele naturale sunt clasificate în: resurse inepuizabile (energia eoliană, energia mareelor,

precipitaţiile etc.) şi, resurse epuizabile, care, la rândul lor, pot fi regenerabile (produsele

vegetale şi animale) şi neregenerabile (zăcămintele, resursele genetice etc.).

O altă clasificare grupează resursele astfel: resurse geochimice; resurse energetice; resurse informaţionale.

Din prima categorie fac parte elementele chimice care alcătuiesc masa Pământului, ele fiind prezente sub formă de compuşi care intră în alcătuirea

mineralelor, disociate în soluţii apoase ori gaze sau care se găsesc sub formă de compuşi organici. Aceste elemente sunt utilizate repetat în cadrul circuitelor biogeochimice locale şi globale. Resursele energetice sunt:

resurse autogene: atracţia gravitaţională şi energia reacţiilor nucleare de dezintegrare naturală a nucleelor radioactive din masa Pământului (energia geotermică);

resurse alogene: gravitaţia Lunii, reacţiile de fuziune termonucleară din Soare, fotosinteza.

Resursele biologice includ resurse genetice, organisme sau părţi din ele, populaţii sau orice alte componente biotice ale ecosistemelor având folosinţă sau valoare efectivă sau potenţială pentru umanitate. Resursele informaţionale ale biosferei sunt constituite din genofondurile tuturor speciilor existente pe glob.

După posibilitatea folosirii ca hrană, resursele se pot clasifica în două mari categorii:

- alimentare (vegetale, animale, unele substanţe minerale);- nealimentare (unele plante, unele animale, unele substanţe minerale etc.Potrivit Ordonanţei de urgenţă a Guvernului nr. 195/2005, resursele

naturale reprezintă ,,totalitatea elementelor naturale ale mediului ce pot fi folosite în activitatea umană: resurse neregenerabile - minerale şi combustibili fosili, regenerabile - apă, aer, sol, floră, fauna sălbatică, inclusiv cele inepuizabile - energie solară, eoliană, geotermală şi a valurilor”.

16.2. Biodiversitatea

Biodiversitatea este un concept global, care arată variabilitatea organismelor din cadrul ecosistemelor terestre, marine, acvatice continentale şi complexelor ecologice. Cuprinde diversitatea intraspecifică, interspecifică şi diversitatea ecosistemelor. Prin biodiversitate înţelegem varietatea de expresie a lumii vii, specii de plante, animale, microorganisme. Diversitatea biologică a fost definită prin includerea a două concepte înrudite: diversitatea genetică (nivelul variabilităţii genetice în cadrul speciei) şi diversitate ecologică (numărul de specii într-o comunitate ecologică). Alţi autori au considerat că termenul de biodiversitate trebuie să se refere numai la acele relaţii care privesc legătura dintre om şi natură, în timp ce terminologia de diversitate biologică să se refere la evaluarea şi inventarierea speciilor

Studiul biodiversităţii s-a realizat în mai multe etape. Dacă la sfârşitul anilor 1960 se realizau studii numai la nivel local (speciile din Lista roşie – periclitate, endemice, rare), după 1990 studiile au fost caracterizate de o perspectivă globală asupra biodiversităţii. S-au remarcat două evenimente importante: înfiinţarea Fondului Global de Mediu, în cadrul Naţiunilor Unite şi Summit-ul de la Rio de Janeiro din anul 1992.

Numărul total de plante şi animale descoperite este estimativ: unii cercetători afirmă că acesta este cuprins între 1,4-1,8 milioane, alţii susţin că sunt 5-30 milioane specii, iar alţii, chiar 100 milioane specii. Nivelul ridicat al diversităţii habitatelor reflectă şi un nivel ridicat al diversităţii speciilor de floră şi faună. În UE 15, sunt înregistrate numeroase tipuri de habitate ce cuprind 150 specii de mamifere, 520 specii de păsări, 180 specii reptile şi amfibieni, 150 specii de peşti, 10000 specii de plante şi cca. 100000 specii de nevertebrate.

Pe teritoriul României au fost identificate:3630 specii de plante, din care până în prezent 23 de specii sunt declarate monumente ale naturii, precum şi 688 specii de alge.

16.3. Principii ale diversităţii ecologice

Diversitatea sistemelor vii este esenţială în menţinerea echilibrului ecologic, în asigurarea capacităţii de suport a ecosistemelor naturale şi artificiale.

Estimarea numărului de specii şi de indivizi a permis elaborarea primelor principii referitoare la diversitatea ecologică. Astfel au fost principiile biocenotice ale lui Thienemann:

- ,,Cu cât sunt mai variate condiţiile de existenţă dintr-un biotop cu atât va fi mai mare şi numărul de specii în biocenoza care-i aparţine”;

- ,,Cu cât condiţiile de existenţă se îndepărtează mai mult faţă de normal cu atât biocenoza va fi mai săracă în specii şi mai bogată în indivizi”.

La principiile lui Thienemann au fost aduse completări:a. Regula lui Krogerus: “în biotopuri cu condiţii ecologice strict extreme

predomină forme puternic specializate”b. Regula lui Monard: “în biotopuri cu condiţii uniforme toate genurile

existente sunt reprezentate numai de o singură specie”.

16.4. Importanţa diversităţii ecologice

Pentru societate, biodiversitatea are o mare importanţă.Pe plan economic: - Reprezintă o sursă de materii prime - pentru îmbrăcăminte, hrană

diversificată, medicamente - şi mijloace de producţie;- Reprezintă rezervorul pe termen lung de resurse genetice utilizabile,

necesare pentru a răspunde cerinţelor utilizării durabile;Pe plan ştiinţific:- Biodiversitatea stă la baza tuturor mecanismelor ce permit să se asigure

în permanenţă măsurile de protecţia mediului, menţinând parametrii solului şi climatului în limitele compatibile cu viaţa.

Pe plan etic şi estetic:- Biodiversitatea este o sursă importantă pentru satisfacţie (încântare) şi

creativitate.Studiile pun în evidenţă existenţa a mai multor categorii de biodiversitate:

funcţională, genetică, interspecifică, ecologică, peisageră etc.

16.5. Conservarea patrimoniului natural

În favoarea biodiversităţii sunt posibile două atitudini majore: una de conservare (păstrarea patrimoniului natural) şi una de gestionare (care implică acţiunea omului în economia naturii în interesul ambelor categorii). Pentru realizarea acestui obiectiv, s-au aplicat două configuraţii ale reţelei ecologice:

• Configuraţia strategică, reprezentând faza iniţială, bazată pe o largă înţelegere a proceselor ecologice şi care serveşte ca punct de plecare pentru următoarea.

• Configuraţii delimitate strict pentru a îndeplini cerinţele ecologice ale unei regiuni.

Aceste configuraţii s-au formulat având la bază o evaluare ştiinţifică a nevoilor speciilor în relaţie cu riscurile la care sunt expuse.

La nivel internaţional există un consens în ceea ce priveşte necesitatea conservării diversităţii biologice. Acesta s-a format sub influenţa comunităţii ştiinţifice şi a fost exprimat printr-o serie de instrumente juridice: documentele Conferinţei ONU de la Stockolm (1972), Carta Mondială a Naturii (1982) şi Convenţia asupra Biodiversităţii adoptată la Rio de Janeiro (1992), unde s-a

lansat sub egida UICN, PNUE, WWP, în colaborare cu FAO şi UNESCO, strategia mondială de conservare a resurselor vii.

Convenţia privind biodiversitatea, semnată la conferinţa de la Rio susţine astfel unul din cele mai importante documente care a formulat măsurile cadru pentru protecţia biodiversităţii.

Obiectivele acestei convenţii se referă la conservarea diversităţii biologice, utilizarea raţională a componentelor sale, împărţirea corectă şi echitabilă a beneficiilor care reies din utilizarea resurselor genetice, accesul la resursele genetice prin transfer adecvat de tehnologii relevante. Strategia recomandă acţiuni internaţionale pentru promovarea, susţinerea şi, dacă este cazul, coordonarea programelor la nivel naţional, subliniind mai ales necesitatea: unui drept internaţional mai energic şi mai cuprinzător şi a unei asistenţe de dezvoltare crescută pentru conservarea resurselor vii; unor programe internaţionale destinate să promoveze măsurile care trebuie luate pentru conservarea pădurilor tropicale şi a regiunilor secetoase, pentru protecţia resurselor genetice şi pentru conservarea teritoriului public internaţional (atmosfera, Antarctica, suprafeţele marine); unor strategii regionale pentru conservarea resurselor vii comune mai multor state şi mai ales mărilor şi bazinelor fluviale internaţionale.

Ţările care au aderat la Convenţie facilitează schimbul de informaţii, de rezultate ale cercetărilor tehnice, ştiinţifice şi social-economice, ca şi informaţii privind prognozele în domeniul conservării şi utilizării raţionale a diversităţii biologice şi vor dezvolta cooperarea în domeniul conservării şi utilizării raţionale a diversităţii biologice şi vor dezvolta cooperarea în domeniul şcolarizării de personal, schimbului de experţi şi cercetări ştiinţifice.

Conform modului de abordare adoptat de Uniunea Europeană, conservarea naturii poate fi compatibilă cu numeroase activităţi economice, poate crea locuri de muncă printr-o dezvoltare durabilă, adică prin găsirea căilor de a îmbunătăţi calitatea vieţii fără a afecta mediul şi oamenii şi fără a îngrădi posibilităţile de dezvoltare a generaţiilor viitoare.

Printre modalităţile frecvent utilizate în vederea protecţiei şi conservării naturii un loc prioritar îl ocupă constituirea de arii protejate şi declararea de monumente ale naturii.

Prin arie protejată se înţelege o zonă terestră, acvatică şi/sau subterană în care există specii de plante şi animale sălbatice, elemente şi formaţiuni biogeografice, peisagistice, geologice, paleontologice, speologice sau de altă natură, cu valoare ecologică, ştiinţifică ori culturală deosebită, care are un regim special de protecţie şi conservare, stabilit conform prevederilor legale.

Monumente ale naturii – sunt speciile de plante şi animale rare sau periclitate, arbori izolaţi, formaţiuni şi structuri geologice de interes deosebit, ştiinţific sau peisagistic.

În anul 1978, UICN a propus o clasificare a ariilor protejate, aprobată de Congresul Internaţional pentru Parcuri Naţionale (Bali, 1982) şi îmbunătăţită la întrunirile ulterioare ale UICN. Ultima variantă a fost adoptată în noiembrie 1990, de adunarea UICN de la Perth (Australia). În funcţie de ponderea relativă a obiectivelor specifice de protecţie s-au diferenţiat următoarele categorii de protecţie:

- Categoria I – Rezervaţie naturală integrată/zonă de natură sălbatică, - Categoria II – Parc naţional,- Categoria III – Monument al naturii,- Categoria IV – Rezervaţie de conservare a naturii,- Categoria V – Peisaj marin sau terestru protejat, - Categoria VI – Arie protejată de resurse naturale, - Categoria VII – Regiuni biologice naturale. Rezervaţii antropologice.

- Categoria VIII – Regiuni naturale amenajate pentru utilizări multiple.Rezervaţiile biosferei sunt arii protejate pe plan internaţional pentru

demonstrarea principiilor de conservare. Conceptul a fost introdus de Consiliul Internaţional de Coordonare al Programului “Omul şi Biosfera” (M.A.B.) din cadrul UNESCO, în anul 1970. Scopul lor este de a conserva diversitatea şi integritatea comunităţilor de plante şi animale în cadrul ecosistemelor naturale proprii şi asigurarea condiţiilor de dezvoltare a speciilor din punct de vedere genetic.

În România regimul juridic general al ariilor protejate este stabilit de Ordonanţa de urgenţă a Guvernului nr. 195/2005 privind protecţia mediului şi de Ordonanţa de urgenţă a Guvernului nr. 57/2007 privind regimul ariilor naturale protejate, conservarea habitatelor naturale, a florei şi faunei sălbatice.

16.7. Categorii de arii protejate

Ariile protejate, prin valoarea lor naturală şi gradul redus al intervenţiei umane pe teritoriul lor, sunt exemple bune şi modele pentru sistemele ecologice naturale şi seminaturale. Înfiinţarea ariilor protejate şi managementul acestora constituie o necesitate deoarece ariile protejate sunt exponente ale ecosistemelor naturale şi seminaturale care pot fi evaluate şi monitorizate, exprimând, într-o anumită măsură, starea acestora la un moment dat.

Pentru asigurarea măsurilor speciale de protecţie şi conservare in situ a bunurilor patrimoniului natural s-a instituit un regim diferenţiat de protecţie, conservare şi utilizare, potrivit următoarelor categorii de arii naturale protejate:

a) de interes naţional: rezervaţii ştiinţifice, parcuri naţionale, monumente ale naturii, rezervaţii naturale, parcuri naturale;

b) de interes internaţional: situri naturale ale patrimoniului natural universal, geoparcuri, zone umede de importanţă internaţională, rezervaţii ale biosferei;

c) de interes comunitar sau situri "Natura 2000": situri de importanţă comunitară, arii speciale de conservare, arii de protecţie specială avifaunistică;

d) de interes judeţean sau local: stabilite numai pe domeniul public/privat al unităţilor administrativ-teritoriale.

Pentru ţara noastră au fost declarate la nivel internaţional trei Rezervaţii ale Biosferei: Delta Dunării (1991), Retezat (1979), Pietrosul Rodnei (1979) şi 5 situri Ramsar: Delta Dunării (1991), Insula Mică a Brăilei (2001), Lunca Mureşului (2006), Complexul Piscicol Dumbrăviţa (2006), Lacul Techirghiol (2006). Reţeaua mondială a ariilor protejate cuprinde 30 350 de arii protejate, care se întind pe o suprafaţă de 13 232 275 km², respectiv 8.83% din suprafaţa terestră a globului. Din punct de vedere al reprezentării tuturor biomurilor (conform clasificarii biogeografice a lui Udvardy), în cadrul reţelei globale a ariilor protejate trebuie subliniat faptul că foarte multe dintre biomuri au rămas reprezentate sub pragul de 10% admisibil pentru protecţia eficientă a acestora, conform cu prevederile adoptate la al-IV-lea Congres Mondial al Parcurilor (tabelul16.2),

a) Rezervaţii ştiinţificeRezervaţiile ştiinţifice sunt acele arii naturale protejate ale căror scopuri

sunt protecţia şi conservarea unor habitate naturale terestre şi/sau acvatice, cuprinzând elemente reprezentative de interes ştiinţific sub aspect floristic, faunistic, geologic, speologic, paleontologic, pedologic sau de altă natură.

Managementul rezervaţiilor ştiinţifice asigură un regim strict de protecţie prin care habitatele sunt păstrate într-o stare pe cât posibil neperturbată. În aceste zone se interzice desfăşurarea oricăror activităţi umane, cu excepţia activităţilor de cercetare, educaţie şi de ecoturism cu limitările descrise în

planurile de management, cu acordul forului ştiinţific competent şi al administratorului rezervaţiei ştiinţifice. Rezervaţiile ştiinţifice corespund categoriei I IUCN.

b) Parcuri naţionaleParcurile naţionale sunt acele arii naturale protejate al căror scop este

protecţia şi conservarea unor eşantioane reprezentative pentru spaţiul biogeografic naţional, cuprinzând elemente naturale cu valoare deosebită sub aspect fizico-geografic, floristic, faunistic, hidrologic, geologic, paleontologic, speologic, pedologic sau de altă natură, oferind posibilitatea vizitării în scopuri ştiinţifice, educative, recreative şi turistice.

Managementul parcurilor naţionale asigură menţinerea cadrului fizico-geografic în stare naturală, protecţia ecosistemelor, conservarea resurselor genetice şi a diversităţii biologice în condiţii de stabilitate ecologică, excluderea oricărei forme de exploatare a resurselor naturale şi a folosinţelor terenurilor incompatibilă scopului atribuit.

Regimul de gospodărire se stabileşte prin regulamente şi planuri proprii de protecţie şi conservare aprobate de autorităţile naţionale ştiinţifice şi administrative abilitate. În perimetrele lor vor fi cuprinse ecosisteme sau fracţiuni de ecosisteme terestre şi acvatice cât mai puţin influenţate prin activităţi umane. Elementele cu valoare deosebită de pe cuprinsul parcurilor naţionale pot fi delimitate şi puse sub un regim strict de protecţie ca rezervaţii ştiinţifice. Parcurile naţionale se întind în general pe suprafeţe mari de teren. În perimetrul parcurilor naţionale sunt admise doar activităţile tradiţionale practicate numai de comunităţile din zona parcului naţional, activităţi tradiţionale ce vor fi reglementate prin planul de management. Parcurile naţionale corespund categoriei II IUCN.

c) Monumente ale naturiiMonumente ale naturii sunt acele arii naturale protejate al căror scop este

protecţia şi conservarea unor elemente naturale cu valoare şi semnificaţie ecologică, ştiinţifică, peisagistică deosebite, reprezentate de specii de plante sau animale sălbatice rare, endemice sau ameninţate cu dispariţia, arbori seculari, asociaţii floristice şi faunistice, fenomene geologice - peşteri8, martori de eroziune, chei, cursuri de apă, cascade şi alte manifestări şi formaţiuni geologice, depozite fosilifere, precum şi alte elemente naturale cu valoare de patrimoniu natural prin unicitatea sau raritatea lor. Dacă monumentele naturii nu sunt cuprinse în perimetrul altor zone aflate sub regim de protecţie, pentru asigurarea integrităţii lor se vor stabili zone de protecţie obligatorie, indiferent de destinaţia şi de deţinătorul terenului.

Managementul monumentelor naturii se face după un regim strict de protecţie care asigură păstrarea trăsăturilor naturale specifice. În funcţie de gradul lor de vulnerabilitate, accesul populaţiei poate fi limitat sau interzis. Monumentele naturii corespund categoriei III IUCN.

d) Rezervaţii naturaleRezervaţiile naturale sunt acele arii naturale protejate al căror scop este

protecţia şi conservarea unor habitate şi specii naturale importante sub aspect floristic, faunistic, forestier, hidrologic, geologic, speologic, paleontologic, pedologic. Mărimea lor este determinată de arealul necesar asigurării integrităţii elementelor protejate.

8 Peştera este un cavernament de origine geomorfologică naturală, ale cărui dimensiuni conferă interiorului o obscuritate absolută. Resursele peşterii sunt reprezentate de obiecte, materiale, substanţe şi forme de viaţă care există sau se formează în mod natural în peşteri: formaţiuni minerale, roci, sedimente, depozite paleontologice, situri arheologice, specii sălbatice, acumulări de ape subterane.

Managementul rezervaţiilor naturale se face diferenţiat, în funcţie de caracteristicile acestora, prin măsuri active de gospodărire pentru a asigura menţinerea habitatelor şi/sau în vederea protejării anumitor specii, grupuri de specii sau comunităţi biotice. Pe lângă activităţile ştiinţifice, după caz, pot fi admise activităţi turistice, educaţionale, organizate. Sunt admise unele activităţi de valorificare durabilă a unor resurse naturale. Sunt interzise folosinţe ale terenurilor sau exploatarea resurselor care dăunează obiectivelor atribuite. Potrivit scopului pentru care au fost desemnate, rezervaţiile naturale pot avea caracter predominant: botanic, zoologic, forestier, geologic, paleontologic, peisagistic, speologic, de zonă umedă, marină, de resurse genetice şi altele. Aceste rezervaţii corespund categoriei IV IUCN.

e) Parcuri naturaleParcurile naturale sunt acele arii naturale protejate al căror scop este

protecţia şi conservarea unor ansambluri peisagistice în care interacţiunea activităţilor umane cu natura de-a lungul timpului a creat o zonă distinctă, cu valoare semnificativă peisagistică şi/sau culturală, deseori cu o mare diversitate biologică.

Managementul parcurilor naturale urmăreşte menţinerea interacţiunii armonioase a omului cu natura prin protejarea diversităţii habitatelor şi peisajului, promovând păstrarea folosinţelor tradiţionale ale terenurilor, încurajarea şi consolidarea activităţilor, practicilor şi culturii tradiţionale ale populaţiei locale.

De asemenea, se oferă publicului posibilităţi de recreere şi turism şi se încurajează activităţile ştiinţifice şi educaţionale. Aceste rezervaţii corespund categoriei V IUCN.

f) Rezervaţii ale biosfereiRezervaţiile biosferei sunt acele arii naturale protejate al căror scop este

protecţia şi conservarea unor zone de habitat natural şi a diversităţii biologice specifice. Rezervaţiile biosferei se întind pe suprafeţe mari şi cuprind un complex de ecosisteme terestre şi/sau acvatice, lacuri şi cursuri de apă, zone umede cu comunităţi biocenotice floristice şi faunistice unice, cu peisaje armonioase naturale sau rezultate din amenajarea tradiţională a teritoriului, ecosisteme modificate sub influenţa omului şi care pot fi readuse la starea naturală, comunităţi umane a căror existenţă este bazată pe valorificarea resurselor naturale pe principiul dezvoltării durabile şi armonioase. Mărimea rezervaţiilor biosferei este determinată de cerinţele de protecţie şi conservare eficientă a mediului natural şi a diversităţii biologice specifice.

Managementul rezervaţiilor biosferei se realizează conform unor regulamente şi planuri de protecţie şi conservare proprii, în conformitate cu recomandările Programului Om-Biosferă de sub egida UNESCO. Dacă în perimetrul rezervaţiilor biosferei sunt cuprinse şi situri naturale ale patrimoniului universal, managementul rezervaţiei se realizează cu respectarea prevederilor Convenţiei privind protecţia patrimoniului mondial cultural şi natural, de sub egida UNESCO.

Pentru asigurarea protecţiei şi conservării unor zone de habitat natural şi a diversităţii biologice specifice, precum şi pentru valorificarea resurselor naturale disponibile, potrivit cerinţelor de consum ale populaţiilor locale şi în limitele potenţialului biologic natural de regenerare a acestor resurse, în cuprinsul rezervaţiilor biosferei se pot delimita zone cu regim diferenţiat de protecţie ecologică, de conservare şi de valorificare a resurselor, după cum urmează:

1. Zone strict protejate, având regimul de protecţie şi conservare al rezervaţiilor ştiinţifice;

2. Zone tampon, cu rol de protecţie a zonelor strict protejate şi în care sunt admise activităţi limitate de valorificare a resurselor disponibile, în conformitate cu autorizaţiile date de administraţia rezervaţiei;

3. Zone de reconstrucţie ecologică, în care se realizează măsuri de refacere a mediului deteriorat;

4. Zone valorificabile economic prin practici tradiţionale sau noi, ecologic admise, în limitele capacităţii de regenerare a resurselor.

Rezervaţiile biosferei cu aşezări umane sunt astfel gestionate încât să constituie modele de dezvoltare a comunităţilor umane în armonie cu mediul natural.

g) Zone umede de importanţă internaţionalăZonele umede de importanţă internaţională sunt acele arii naturale

protejate al căror scop este de a se asigura protecţia şi conservarea siturilor naturale cu diversitatea biologică specifică zonelor umede.

Managementul acestor zone se realizează în scopul conservării lor şi al utilizării durabile a resurselor biologice pe care le generează, în conformitate cu prevederile Convenţiei privind conservarea zonelor umede de importanţă internaţională în special ca habitat al păsărilor acvatice.

h) Situri naturale ale patrimoniului natural universalSiturile naturale ale patrimoniului natural universal sunt acele arii

naturale protejate al căror scop este ocrotirea şi conservarea unor zone de habitat natural în cuprinsul cărora există elemente naturale a căror valoare este recunoscută ca fiind de importanţă universală. Mărimea arealului lor este determinată de cerinţele pentru asigurarea integrităţii şi conservării elementelor supuse acestui regim de protecţie. În cuprinsul acestor zone pot exista comunităţi umane ale căror activităţi sunt orientate pentru o dezvoltare compatibilă cu cerinţele de ocrotire şi conservare a sitului natural.

Managementul siturilor naturale ale patrimoniului natural universal se realizează în conformitate cu regulamentele şi planurile proprii de ocrotire şi conservare, cu respectarea prevederilor Convenţiei privind protecţia patrimoniului mondial cultural şi natural, de sub egida UNESCO.

i) Arii speciale de conservareAriile speciale de conservare sunt acele arii naturale protejate de interes

comunitar ale căror scopuri sunt conservarea, menţinerea şi, acolo unde este cazul, readucerea într-o stare de conservare favorabilă a habitatelor naturale şi/sau a populaţiilor speciilor pentru care situl este desemnat.

Ariile speciale de conservare sunt acele arii naturale protejate al căror scop este de a conserva, de a menţine şi, acolo unde este cazul, de a readuce într-o stare de conservare favorabilă habitatele naturale şi/sau populaţiile speciilor pentru care situl este desemnat.

Managementul ariilor speciale de conservare necesită planuri de management adecvate specifice siturilor desemnate sau integrate în alte planuri de management şi măsuri legale, administrative sau contractuale în scopul evitării deteriorării habitatelor naturale şi a habitatelor speciilor, precum şi a perturbării speciilor pentru care zonele au fost desemnate. Orice plan sau proiect indirect legat sau necesar pentru gestiunea sitului, dar susceptibil de a-l afecta într-un mod semnificativ, va face obiectul unui studiu pentru evaluarea impactului, ţinându-se seama de obiectivele de conservare a ariei, conform prevederilor art. 28 din ordonanţa de urgenţă.

Ariile speciale de conservare se desemnează prin hotărâre a Guvernului, după recunoaşterea statutului lor de către Comisia Europeană, şi vor face parte din reţeaua europeană "NATURA 2000".

j) Arii de protecţie specială avifaunistică

Ariile de protecţie specială avifaunistică sunt acele arii naturale protejate ale căror scopuri sunt conservarea, menţinerea şi, acolo unde este cazul, readucea într-o stare de conservare favorabilă a speciilor de păsări şi a habitatelor specifice, desemnate pentru protecţia speciilor de păsări migratoare sălbatice, mai ales a celor prevăzute în anexele nr. 3 şi 4 A.

Managementul ariilor speciale de protecţie se realizează ca şi pentru ariile speciale de conservare.

Ariile speciale de protecţie fac parte din reţeaua europeană "NATURA 2000".

k) Situri de importanţă comunitară Siturile de importanţă comunitară reprezintă acele arii care, în regiunea

sau în regiunile biogeografice în care există, contribuie semnificativ la menţinerea sau restaurarea la o stare de conservare favorabilă a unor habitate naturale sau a unor specii de interes comunitar şi care pot contribui astfel semnificativ la coerenţa reţelei "NATURA 2000" şi/sau contribuie semnificativ la menţinerea diversităţii biologice în regiunea ori regiunile biogeografice respective. Pentru speciile de animale cu areal larg de răspândire, siturile de importanţă comunitară trebuie să corespundă zonelor din areal în care sunt prezenţi factori abiotici şi biotici esenţiali pentru existenţa şi reproducerea acestor specii.

l) Geoparcul Geoparcul este un teritoriu ce cuprinde elemente de interes geologic

deosebit, alături de elemente de interes ecologic, arheologic, istoric şi cultural. Caracteristicile geologice sunt cuprinse într-un număr de situri de importanţă ştiinţifică, educaţională sau estetică, reprezentative pentru un anumit moment din istoria Pământului ori pentru anumite evenimente sau procese geologice.

Un geoparc are limite bine definite, o suprafaţă suficient de mare şi o strategie de dezvoltare teritorială în folosul comunităţilor locale, a căror existenţă este bazată pe valorificarea resurselor naturale si culturale, pe principiul dezvoltării durabile. Geoparcurile sunt zone cu aşezări umane astfel gestionate încât să constituie modele de dezvoltare a comunităţilor în armonie cu mediul natural.

Managementul unui geoparc se realizează in conformitate cu strategia de dezvoltare teritorială identificată şi în conformitate cu recomandările UNESCO si Cartei Reţelei Europene a Geoparcurilor. Pentru asigurarea managementului siturilor geologice, naturale, istorice, culturale, precum şi pentru valorificarea resurselor naturale disponibile în cuprinsul geoparcului se pot delimita zone cu regim diferenţiat de protecţie, de conservare şi de valorificare a resurselor, după cum urmează:

   1. zone strict protejate, având regimul de protecţie şi conservare a rezervaţiilor ştiinţifice;

   2. zone tampon, cu rol de protecţie a zonelor strict protejate şi în care sunt admise activităţi limitate de valorificare a resurselor disponibile, în conformitate cu autorizaţiile date de administraţia geoparcului;

   3. zone de dezvoltare durabilă, valorificabile economic prin practici tradiţionale sau noi, ecologic admise, în limitele capacităţii de regenerare a resurselor.

16.8. Protecţia speciilor sălbatice de floră şi faună prin reglementarea comerţului cu acestea

Speciile ameninţate cu dispariţia, care sunt sau ar putea fi afectate şi mai mult prin comerţ internaţional precum şi speciile care, deşi nu sunt încă ameninţate cu dispariţia, dar ar putea deveni vulnerabile în cazul în care

comerţul cu indivizi sau cu părţi sau produse din aceştia nu este supus unor reglementări stricte constituie obiectivul principal al Convenţiei de la Washington privind comerţul internaţional cu specii sălbatice de faună şi floră pe cale de dispariţie (CITES). Speciile de plante şi animale care fac obiectul Convenţiei sunt incluse în trei anexe care se pot actualiza permanent în conformitate cu propunerile statelor semnatare. Potrivit dispoziţiilor Convenţiei, comerţul cu aceste specii trebuie supus unor reglementări foarte stricte, în sensul că nu trebuie autorizat decât în condiţii excepţionale, de către autorităţile naţionale competente.

O mare varietate de specii sălbatice de flora şi fauna de pe teritoriul României prezintă o importanţă economică deosebită, având multiple utilizări în diverse sectoare. Pentru evitarea supraexploatării acestor resurse, începând cu anul 1997, a fost reglementat regimul de desfăşurare a activităţilor de recoltare/capturare şi achiziţie a speciilor sălbatice şi a altor bunuri ale patrimoniului natural, în scopul comercializării pe piaţa internă şi la export.

Datorită diversităţii deosebite de biotopuri şi habitate, ţara noastră se bucură de un număr ridicat de specii de floră şi faună sălbatică din care nu lipsesc endemismele, speciile rare, relictele.

16.9. Resurse energetice convenţionale şi neconvenţionale

16.9.2 Clasificarea surselor de energie

Sursele de energie pot fi: surse convenţionale (cărbuni, petrol, gaze naturale, energia bazată

pe ape curgătoare şi lemn); surse neconvenţionale – energia solară, a vântului, a valurilor, a

mareelor, cea geotermală, biomasa etc.

16.9.3. Resurse energetice convenţionale

Cărbunii au cunoscut o utilizare la scară industrială în perioada revoluţiei industriale, acoperind în anul 1890 peste 90% din consumul energetic mondial. Datorită utilizării intense a acestora ca resursă energetică, secolul XIX a fost denumit “secolul cărbunelui”, iar la începutul secolului XX cărbunii deţineau nouă zecimi din balanţa energetică pe plan mondial.

La nivelul Europei, 80% din rezervele de combustibili fosili sunt reprezentate de combustibilii solizi, incluzând huilă, lignit, turbă şi reziduuri petroliere. Producţia de cărbune a Uniunii Europene este de 1,2 milioane tep/an turbă, 50 milioane tep/an lignit şi 60 milioane tep/an huilă, dar costurile mari de producţie şi calitatea variabilă determină lipsa competitivităţii acestei industrii.

Cărbunele este supus unor constrângeri care îl pun într-o poziţie inferioară faţă de ţiţei şi gaz, deoarece este un minereu solid şi greu, este voluminos şi cere suprafeţe mari de stocare, are o putere calorică mai mică decât cea a ţiţeiului şi a gazului natural şi în plus, generează poluare în orice stadiu de producere şi transport. Deşi dezavantajele folosirii cărbunelui au redus considerabil pieţele lui de desfacere, în perioada 2000-2030 se preconizează o uşoară creştere a consumului său în Uniunea Europeană. Utilizarea în viitor a cărbunelui depinde mult de dezvoltarea tehnicilor care asigură utilizarea mai uşoară (cum ar fi gazeificarea) şi micşorează impactul asupra mediului în termeni de emisii poluante cu tehnologii de ardere curate şi de sechestrare de CO2.

În ceea ce priveşte rezervele de petrol acestea sunt distribuite foarte neuniform în lume, mai mult de 70% dintre acestea fiind localizate în ţările

membre OPEC. La actualul consum, Uniunea Europeană are rezerve cunoscute pentru opt ani, presupunând că nu vor exista schimbări în consum şi/sau schimbări tehnologice. Se estimează că în anul 2020 OPEC va acoperi 50% din necesităţile Uniunii Europene, cu o producţie de 55 milioane barili pe zi, faţă de 32 milioane barili pe zi în anul 2000, în condiţiile unor costuri de producţie avantajoase.

Perspectivele pieţei petrolului depind însă de dezvoltarea surselor alternative de energie şi de îmbunătăţirea eficienţei energetice în domeniul transporturilor.

Utilizarea industrială a gazului natural a început după primul război mondial, devenind o importantă resursă energetică odată cu perceperea sa ca produs energetic secundar – la exploatarea petrolului. Gazul natural a pătruns în toate sectoarele consumului de energie deoarece este uşor de utilizat, transportat şi depozitat contribuind la producerea energiei electrice, a căldurii sau în transporturi. Gazul natural emite mai puţin bioxid de carbon decât petrolul şi generează energie electrică la un nivel de eficienţă ridicat (55%) folosind un proces combinat.

Rezervele de gaze naturale sunt mai uniform distribuite la nivel global comparativ cu cele de petrol, dar şi în acest caz Uniunea Europeană este dezavantajată, deţinând doar circa 2% din totalul acestor rezerve, în condiţiile în care consumă aproximativ 12% din producţia mondială. Cele mai mari rezerve ale Uniunii Europene se găsesc în Olanda (56%) şi Marea Britanie (24%).

În ceea ce priveşte energia nucleară, la nivel mondial există rezerve cunoscute de 2,5 milioane tone de uraniu, care pot acoperi cererea următorilor 40 de ani în condiţiile menţinerii consumului actual. Uniunea Europeană deţine numai 2% din rezervele mondiale de uraniu.

Combustibilul nuclear diferă sensibil de alte surse de energie primară prin posibilitatea reciclării produselor de fisiune, reducând proporţional cerinţele de import. Odată separate de deşeurile lor (care reprezintă circa 4%), uraniul şi plutoniul recuperate (96%) pot fi din nou utilizate pentru producerea energiei electrice. Deşi centralele nuclearoelectrice instalate pe teritoriul Uniunii Europene acoperă 35% din cererea de energie electrică, viitorul energiei nucleare este incert, datorită problemelor de management şi stocare a deşeurilor nucleare, viabilitatea economică a noilor grupuri din centralele nuclearoelectrice, securitatea reactoarelor etc..

16.9.4. Resurse energetice neconvenţionale

Aceste surse de energie prezintă o serie de particularităţi de care trebuie să se ţină cont atât în procesul de utilizare, cât şi în activitatea de includere a acestora în balanţa energetică. Sursele neconvenţionale de energie se regenerează în urma unor procese naturale şi sunt inepuizabile, ceea ce le conferă calitatea de resursă sigură în energetica viitorului. De asemenea, prezintă o mare simplitate în construcţie şi pot fi utilizate atât în sistemul energetic descentralizat pentru consumatori izolaţi, cât şi conectate la sistemul energetic naţional.

La nivel mondial, din totalul resurselor primare existente, de 10.038 Mtep, sursele regenerabile de energie reprezintă 1.352 Mtep (13,5%). Dintre acestea, energia hidroelectrică reprezintă 2,2%, energia biomasei - 10,8% şi alte resurse 0,5%.

România dispune de o gamă diversificată, dar redusă cantitativ, de resurse de energie primară:

ţiţei, gaze naturale, carbune, minereu de uraniu, precum şi de un potenţial valorificabil de resurse

regenerabile important.În condiţiile meteo-geografice din România, în balanţa energetică pe

termen mediu şi lung se iau în considerare următoarele tipuri de surse regenerabile de energie: energia solară, energia eoliană, hidroenergia, biomasa şi energia geotermală.

Valorificarea surselor regenerabile de energie, în condiţii concurenţiale pe piaţa de energie, devine oportună prin adoptarea şi punerea în practică a unor politici şi instrumente specifice sau emiterea de „certificate verzi” („certificate ecologice”). Certificatul verde este un document ce atestă o cantitate de 1 MWh energie electrică produsă din surse regenerabile de energie. El poate fi tranzacţionat, distinct de cantitatea de energie asociată acestuia, de pe o piaţă bilaterală sau centralizată.

Potenţialul naţional al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG).Sursa Potenţial anual Aplicaţie Energie solară 60 PJ 1,2 TWh Energie termică Energie

electrică Energie eoliană (potenţial teoretic) 23 TWh Energie electrică Energie hidro din care sub 10 MW 36 TWh 3,6 TWh Energie electrică

Biomasa şi biogaz 318 PJ Energie termică Energie electrică

Energie geotermală 7 PJ Energie termică

Energia solară

Energia solară poate fi convertită în energie electrică prin conversie directă (prin intermediul dispozitivelor statice pentru transformarea radiaţiei solare în energie electrică) şi prin conversie indirectă (prin conversia în energie termică a undelor solare sau prin reflectarea şi focalizarea căldurii cu ajutorul colectoarelor solare).

Cele mai dezvoltate sisteme de producere a energiei electrice sunt sistemele tip “solar farm”, ”solar power towers”, cu puteri de până la 10 MW, ”parabolic dish systems”, cu puteri de circa 50 kW şi tehnologiile Bright Source Energy.

O altă tehnologie de producere a energiei electrice se bazează pe efectul fotovoltaic. Filiera fotovoltaică este frânată în prezent de costul unităţii de energie electrică. Acesta este de 10 până la 20 de ori mai mare decât în cazul filierelor ajunse la maturitate, celulele fotovoltaice fiind costisitoare. O altă restricţie este dată de randamentul scăzut, de 12-15%, al acestor instalaţii.

Energia eoliană

Vântul este considerat adesea ca fiind cea mai regenerabilă resursă, după hidroenergie. Energia eoliană este dată de „vântul care pune în mişcare palele unei mori ce generează curent electric prin convertire într-o turbină”. Instalaţia eoliană poate fi conectată la reţeaua electrică sau poate funcţiona în regim singular pentru alimentarea cu energie electrică a unor consumatori locali, izolaţi.

Valorificarea potenţialului energetic eolian în condiţii de eficienţă economică impune folosirea unor tehnologii şi echipamente adecvate (grupuri aerogeneratoare cu putere nominală de la 750 kW până la 2.000 kW)

În vederea exploatării energiei potenţiale a vântului este necesară parcurgerea mai multor etape: producerea energiei (energie mecanică); conversia energiei în energie hidraulică, electrică sau calorică; stocarea energiei prin utilizarea pompelor de căldură, a recipienţilor de aer comprimat, bateriilor de acumulatori etc.; consumul energiei.

Potenţialul eolian tehnic amenajabil al României este evaluat la cca. 100.000 TJ/an, existând zone favorabile amenajărilor de acest tip în care viteza vântului depăşeşte 6 m/s, iar investiţia raportată la producţia anuală de energie este destul de atractivă (0,32-1,90 $/KWh) (au fost identificate cinci zone eoliene distincte în funcţie de potenţialul energetic existent, de condiţiile de mediu şi topogeografice. Pe baza evaluării în România se pot amplasa instalaţii eoliene cu o putere totală de până la 14.000 MW, ceea ce înseamnă un aport de energie electrică de aproape 23.000 GWh/an.

Chiar dacă eolienele de primă generaţie aveau ca principal dezavantaj – zgomotul emis, în prezent, dezvoltările tehnologice au permis reducerea considerabilă a zgomotului produs de astfel de instalaţii. Astfel, pe scara surselor de zgomot, eolienele se situează undeva între zgomotul produs de un vânt slab şi zgomotul din interiorul unei locuinţe, respectiv 45 dB. Evoluţia nivelului sonor în funcţie de numărul de eoliene este logaritmică (instalarea unei a doua eoliene determină creşterea nivelului sonor cu 3 dB).

Energia hidroelectrică

Potenţialul hidroenergetic teoretic liniar al cursurilor şi căderilor de apă al planetei noastre reprezintă 6,2 mil. MW, respectiv 54.224 mld. kWh anual. Potenţialul economic amenajabil este însă mult mai mic şi anume de 554.000 MW.

Potrivit unor evaluări, potenţialul hidroenergetic tehnic amenajabil al României este de 36.000 GWh/an din care, raportat la situaţia actuală a preţurilor din piaţa de energie se pot valorifica, în condiţii de eficienţă economică, circa 30.000 GWh/an (potenţial economic amenajabil).

Energia hidroelectrică prezintă o serie de avantaje de moment şi de perspectivă, dintre care amintim:

cheltuielile neglijabile de exploatare a hidrocentralelor; costul scăzut al energiei hidroelectrice (de ¾ ori mai mic decât

costul energiei obţinute în termocentrale; posibilitatea valorificării integrate şi complexe a bazinelor

hidrografice în scopul prevenirii inundaţiilor, al irigării unor terenuri agricole, creării de noi căi navigabile, alimentării cu apă potabilă şi industrială etc.

Biomasa

Termenul generic „biomasă” cuprinde o varietate de resurse: materii lemnoase şi reziduuri rezultate din procesele industriale de prelucrare a cherestelei, reziduuri agricole, agroalimentare, îngrăşăminte naturale, reziduuri din procesele tehnologice de prelucrare a cerealelor, fracţii organice de la

deşeurile solide municipale, deşeuri de la gospodării individuale şi noroi de la apele menajere.

Biomasa este rezultatul direct sau indirect al desfăşurării procesului de fotosinteză. La început, produsul fotosintezei era folosit ca sursă de alimentaţie, îmbrăcăminte, adăpost şi căldură. În secolul nostru, s-a pus tot mai mult accentul pe folosirea fotosintezei în scopuri energetice, adică folosirea biomasei pentru a furniza combustibili cum ar fi: alcoolul, metanul, hidrogenul sau hidrocarburile necesare diferitelor industrii.

Pentru producerea energiei electrice utilizând această resursă regenerabilă trebuie să coexiste şi să funcţioneze împreună două sisteme: cel de furnizare a biomasei, în calitate de combustibil şi cel de producere/comercializare a energiei electrice.România are un potenţial energetic ridicat de biomasă, evaluat la circa 7.594 mii tep/an (318x109 MJ/an), ceea ce reprezintă aproape 19% din consumul total de resurse primare la nivelul anului 2000, împărţit pe următoarele categorii de combustibil:

reziduuri din exploatări forestiere şi lemn de foc:1.175 mii tep (49,8x109 MJ/an);

deşeuri de lemn - rumeguş şi alte resturi de lemn: 487 mii tep (20,4x109 MJ/an);

deşeuri agricole rezultate din cereale, tulpini de porumb, resturi vegetale de viţă de vie etc.: 4.799 mii tep (200,9x109 MJ/an);

biogaz: 588 mii tep (24,6x109 MJ/an); deşeuri şi reziduuri menajere urbane: 545 mii tep (22,8x109MJ/an).

Energia geotermală

Căldura naturală înmagazinată în scoarţa terestră conduce la apariţia energiei geotermale, care poate fi de joasă sau de înaltă temperatură. Teoretic, energia geotermală de joasă temperatură poate fi accesibilă în orice parte a globului, datorându-se creşterii naturale de temperatură în funcţie de adâncime (aproximativ 3°C la 100 m). Energia geotermală de înaltă temperatură este caracteristică zonelor vulcanice.

Printre avantajele energiei geotermale se număra independenţa de vreme şi ciclul zi/noapte. Centralele care captează energia geotermală pot afecta solul din jur (când apa fierbinte este injectată în rocă pentru obţinerea aburului) şi emit cantităţi mici (5% faţă de o centrală cu combustibil fosil) de CO2 şi sulfuri.

Energia mareelor, valurilor şi a gradientelor termice ale oceanelor

Mareele, cunoscute şi sub denumirea de „cărbune verde”, sunt atractive ca sursă de energie, dar trebuie să aibă o amplitudine medie ridicată, cuprinsă de regulă între 5 şi 12 m. Energia mareică este inepuizabilă, dar fenomenul care o produce este discontinuu, posibilităţile de utilizare fiind limitate.

Obţinerea energiei electrice prin prelucrarea gradientelor termice ale oceanelor se bazează pe diferenţa de temperatură existentă între suprafaţa oceanului şi un anumit nivel de adâncime (aproximativ 1000 m).

Biogazul

Rezultat în urma fermentării materiei organice sub acţiunea bacteriilor anaerobe, biogazul conţine 65% metan şi are o putere calorifică între 17 şi 25 MJ/m3. Este utilizat preponderent pentru producerea energiei termice, dar şi a energiei electrice. Dimensiunile grupurilor de producere a energiei electrice nu

depăşesc 1 MW, fiind caracterizate prin costuri investiţionale şi de exploatare relativ ridicate. Pentru Europa, capacitatea instalată în 2001 era de 1.505 MW şi se prognozează că în 2010 va ajunge la 4.500 MW.

1717

Gestionarea deşeurilor

17.1. Consideraţii generale

17.1.1. NoţiuniDeşeurile sunt substanţe, preparate sau orice obiecte din categoriile

stabilite de legislaţia specifică privind regimul deşeurilor, pe care un deţinător le aruncă, are intenţia sau are obligaţia de a le arunca.

Prin deşeu reciclabil se înţelege orice deşeu care poate constitui materie primă într-un proces de producţie pentru obţinerea produsului iniţial sau pentru alte scopuri, iar prin deşeuri periculoase, deşeurile încadrate generic, în aceste tipuri sau categorii de deşeuri şi care au cel puţin un constituent sau o proprietate care face ca acestea să fie periculoase.

Deşeurile menajere sunt deşeurile provenite din activităţi casnice. Pot fi asimilate cu deşeurile menajere, deşeurile provenite din industrie, din comerţ, din sectorul public sau administrativ, care prezintă compoziţie şi proprietăţi similare cu deşeurile menajere şi care sunt colectate, transportate, prelucrate şi depozitate împreună cu acestea.

Deşeurile industriale sunt deşeurile de producţie prevăzute expres în legislaţia privind regimul deşeurilor.

Gestionarea deşeurilor cuprinde activităţile de colectare, transport, tratare, valorificare şi eliminare a deşeurilor. Responsabilitatea pentru activităţile de gestionare a deşeurilor revine generatorilor acestora în conformitate cu principiul “poluatorul plăteşte” sau după caz, producătorilor în conformitate cu principiul “responsabilitatea producătorului”.

17.2. Metode de gestionare a deşeurilor

17.2.1. Gestionarea deşeurilor în UE

Opţiunile de gestionare a deşeurilor urmăresc în ordine descrescătoare următoarele priorităţi:

prevenirea apariţiei – prin aplicarea “tehnologiilor curate” în activităţile care generează deşeuri;

reducerea cantităţilor – prin aplicarea celor mai bune practici în fiecare domeniu de activitate generator de deşeuri;

valorificarea – prin refolosire, reciclare materială şi recuperarea energiei;

eliminarea – prin incinerare şi depozitare.

Cele mai utilizate metode de gestionare a deşeurilor utilizate în ţările Uniunii Europene sunt: reutilizarea deşeurilor de către agentul economic generator, tratarea şi reciclarea acestora de către reciclatori sau transferarea către o staţie de tratare pentru reducerea gradului lor de periculozitate sau către un incinerator pentru reducerea volumului, precum şi depozitarea deşeurilor nerecuperabile. Folosirea incinerării este o practică răspândită în unele ţări, de exemplu în Danemarca şi Olanda, în timp ce în altele, precum Germania şi Austria, se foloseşte mai mult reciclarea.

17.2.2. Gestionarea deşeurilor în RomâniaObiectivele prioritare ale gestionării deşeurilor sunt: a) prevenirea sau reducerea producerii de deşeuri şi a gradului de

periculozitate al acestora prin: - dezvoltarea de tehnologii curate; - dezvoltarea tehnologiei şi comercializarea de produse care prin modul de

fabricare, utilizare sau eliminare nu au impact sau au cel mai mic impact posibil asupra creşterii volumului sau periculozităţii deşeurilor ori asupra riscului de poluare;

- dezvoltarea de tehnologii adecvate pentru eliminarea finală a substanţelor periculoase din deşeurile destinate valorificării;

b) reutilizarea, valorificarea deşeurilor prin reciclare, recuperare sau orice alt proces prin care se obţin materii prime secundare ori utilizarea deşeurilor ca sursă de energie.

17.2.3. Gestionarea deşeurilor menajereIn România, dacă în mediul urban, gestionarea deşeurilor municipale este

realizată în mod organizat, prin intermediul serviciilor proprii specializate ale primăriilor sau al firmelor de salubritate, în mediul rural, in general nu există servicii organizate pentru gestionarea deşeurilor, transportul la locurile de depozitare fiind făcut în mod individual de către cei care le generează.

Pentru tratarea deşeurilor menajere există mai multe soluţii: - Depozitarea controlată, în gropi de gunoi (ecologice). Depozitarea

deşeurilor în condiţii sigure este un obiectiv al politicilor ecologice în acest domeniu. Această soluţie implică costuri suplimentare astfel că depozitarea trebuie să constituie ultima opţiune în gestionarea deşeurilor. Multe state europene (Danemarca, Olanda, Norvegia etc.) au pus în practică un sistem de taxe pe unitatea de masă (volum) de deşeu depozitată, care însă majorează cheltuielile de depozitare. Depozitele controlate au ca principale dezavantaje: disconfortul vizual, modificările de peisaj, degajarea de mirosuri neplăcute, poluarea apelor de suprafaţă şi a celor freatice (în cazul depozitelor neimpermeabilizate), modificări ale biocenozelor din imediata apropiere a depozitelor.

- Compostarea controlată pe platformele de colectare. Compostarea poate fi definită ca un procedeu biologic controlat de conversie şi de valorificare a materialelor organice reziduale într-un produs stabilizat, igienic, bogat în compuşi humici. Deşeurile ce se utilizează în compostare fac parte din următoarele categorii: deşeuri menajere şi asimilabile, deşeuri de grădină şi parcuri, deşeuri din pieţe, resturi biodegradabile din industria alimentara precum şi nămolul orăşenesc. În cazul nămolurilor de epurare, procesul de compostare constă în a amesteca aceste materiale reziduale cu un agent de volum (ex.: talaş de lemn, rumeguş, scoarţă de copaci tocată, paie de cereale etc.) înainte ca aceste materiale să fie capabile să înceapă descompunerea aerobă de-a lungul câtorva săptămâni.

Etapele compostării sunt: identificarea deşeurilor biodegradabile de prelucrat, din punct de vedere al naturii şi cantităţii lor; determinarea suprafeţei platformei necesare şi a utilajelor ce urmează a fi folosite; evaluarea condiţiilor climatice din zonă (zonă ploioasă, secetoasă, foarte caldă etc.); mărunţirea materialului de compostat şi dispunerea lui în şire în lungul platformei; aerarea continuă a materialului (de 2 – 3 ori pe săptămână, în funcţie de condiţiile climatice); adăugarea de apă în cazul în care este nevoie; evaluarea nivelului de prelucrare şi stabilirea momentului în care prelucrarea s-a finalizat.

În ceea ce priveşte compostarea, factorii majori, care sunt reţinuţi ca indicatori sunt:

raportul dintre elementele majore (C, N, P, K şi S); pH-ul; conţinutul în materie uscată şi materie organică.

În cursul evoluţiei lor, substraturile organice pierd mai rapid carbonul (metabolizat şi degajat sub formă de gaz carbonic) decât azotul (metabolizat sau pierdut sub formă de compuşi azotaţi volatili, precum amoniacul NH3 …). Raportul C/N descreşte constant pe parcursul compostării pentru a se stabiliza la 10 (între 15 şi 8) într-un compost terminat.

Metodele cel mai des folosite în procesul de compostare sunt: compostarea în grămadă neîntoarsă (static windrow), grămadă aerată prin întoarcerea manuală sau mecanică a compostului sau grămadă cu aerare forţată.

Parametrii compostării:A. Temperatura în interiorul masei materialului de compostat determină

nivelul la care se petrec numeroase procese biologice şi joacă un rol selectiv asupra evoluţiei şi succesiunii comunităţilor microbiene. În funcţie de tipul de substrat organic supus compostării, temperaturile pot urma diferite curbe de evoluţie, cu pierderi mai mari sau mai mici de căldură.

Procesul se desfăşoară în 3 faze : Faza mezofilă (primele 25 de zile ale ciclului de compostare), în

timpul căreia microorganismele psichrofile şi mezofile tind să se dezvolte. Temperatura creşte până la 40-50°C ca o consecinţă a biodegradării constituenţilor organici.

Faza termofilă (între a 30-a şi a 110-a zi). Temperatura depăşeşte limitele de toleranţă ale microorganismelor mezofile şi permite dezvoltarea microorganismelor termogene. Controlul temperaturii şi menţinerea ei la 65°C în interiorul grămezii de compost este asigurat prin ventilare şi stropire cu apă.

Faza de răcire. Temperatura începe să scadă după a 12-a săptămână. Această scădere se petrece odată cu debutul diminuării materiei organice. În timpul acestei faze raportul C/N tinde să se stabilizeze. Spre sfârşitul celor 4 luni de compostare, temperatura rămâne scăzută.

B. pH-ul este un parametru care afectează foarte mult procesul de compostare. Valorile optime ale pH sunt de circa 6-7,5 pentru dezvoltarea bacteriilor, în timp ce ciupercile preferă un pH de 5,5-8,0. Valorile pH sunt scăzute la început, datorită formării acizilor, apoi ele cresc, iar în faza finală a procesului de compostare rămâne constant.

C. Aerarea masei de compost constă în a suplimenta conţinutul de O2 care nu trebuie să scadă sub 18 %. Pentru a se menţine această valoare în mod constant este necesară o aerare periodică prin intermediul întoarcerii grămezii de compost sau remanierii.

Bacteriile sunt întotdeauna prezente în compost (sunt dominante din punct de vedere cantitativ şi calitativ; au o creştere foarte mare în condiţii de C/N scăzut şi umiditate ridicată; au un spectru larg de activitate în condiţii variate de pH, mai ales pe substraturi proaspete). Ciupercile sunt dominante dacă C/N este ridicat. Ele participă la degradarea celulozei şi a ligninei, sunt rezistente la umiditate scăzută şi manifestă toleranţă la pH variabil. Actinomicetele atacă substanţele nedegradate de bacterii şi ciuperci (ex. chitine).

Dezavantajele folosirii instalaţiilor de compost sunt mici faţă de cele referitoare la depozitarea deşeurilor. Dintre acestea amintim: apariţia emisiilor de praf în toate procesele compostării, degajarea mirosurilor, apariţia reziduurilor lichide din instalaţiile de compost etc.

17.2.4. Soluţii pentru tratarea şi eliminarea nămolurilor care nu îndeplinesc cerinţele de utilizare în agricultură

Dacă nămolurile rezultate din epurarea unor ape uzate industriale conţin compuşi organici şi/sau anorganici toxici ce nu permit valorificarea agricolă, depozitarea pe sol sau aplicarea procedeelor de recuperare a substanţelor utile, se face apel la incinerare ca singură alternativă acceptabilă. În timpul incinerării compuşii organici sunt oxidaţi total, iar compuşii minerali sunt transformaţi în oxizi metalici ce se regăsesc în cenuşă.

Pentru incinerare se recomandă reducerea prealabilă a umidităţii nămolului brut şi evitarea stabilizării aerobe sau fermentării anaerobe, care diminuează puterea calorică a materialului supus incinerării.

O altă soluţie de eliminare a nămolurilor din staţiile de epurare, care nu îndeplinesc cerinţele de utilizare în agricultură este depozitarea.

Nămolurile deshidratate se depozitează în incinta staţiilor de epurare sau în rampa de deşeuri a oraşelor respective.

Metode termice. Dintre acestea enumerăm: incinerarea deşeurilor, piroliza, coincinerarea şi uscarea. Deşeurile ce pot fi tratate termic sunt cele municipale, nămolul orăşenesc, deşeurile de producţie periculoase sau nepericuloase.

Incinerarea se aplică în cazul deşeurilor care nu mai pot fi revalorificate. Scopul urmărit în cazul folosirii acestei metode este acela de a aduce în stare inertă deşeurile reziduale, de a reduce volumul deşeurilor ce ar trebui depozitate, de a distruge materialele organice nocive sau de a concentra pe cele anorganice, de a transfera deşeurile reziduale în materii prime secundare etc. O instalaţie de incinerare trebuie să asigure siguranţa funcţionării. Incinerarea se poate aplica deşeurilor municipale colectate în amestec, deşeurilor reziduale etc. Incineratoarele sunt proiectate în funcţie de tipul deşeurilor. O astfel de instalaţie este realizată astfel încât să cuprindă următoarele activităţi: prelucrarea deşeurilor, stocarea temporară, pretratarea, alimentarea în unitatea de incinerare, eliminarea şi tratarea cenuşii reziduale, tratarea şi valorificarea emisiilor.

În cazul pirolizei, deşeurile organice se transformă prin intermediul descompunerii termice sub reţinerea aerului în produse ce pot fi valorificate energetic. Piroliza este un procedeu uşor de aplicat, care oferă posibilitatea recuperării energiei şi materiei prime, reducerea volumului deşeurilor etc. Prin transformarea pirolitică a deşeurilor iau naştere produse precum: combustibil, materii prime sub formă de asfalt, ulei, gaze de ardere, reziduuri: cocs, metale, sticlă etc. Gazarea se referă la conversia la temperaturi înalte a materialelor cu conţinut de carbon în combustibil gazos. Pot rezulta în funcţie de soluţia gazantă: aburi, gaz slab etc.

Folosirea deşeurilor în sistemele de ardere industrială poartă numele de coincinerare. Prin această metodă se reduce cantitatea de deşeuri depozitate, se valorifică energetic acele deşeuri care nu pot fi valorificate, se conservă resursele de materii prime necesare pentru producerea energiei.

Cadrul legal pentru desfăşurarea activităţii de depozitare a deşeurilor este asigurat de Hotărârea Guvernului nr. 349/2005.

17.2.5. Reutilizarea/reciclarea/valorificarea deşeurilor

Reutilizarea/ reciclarea unor deşeuri constituie o modalitate de diminuare a cantităţii acestora. Operaţiunile sunt promovate mai ales pentru produse cum sunt uleiurile uzate, anvelope, acumulatori, hârtia, ambalajele de lemn, fierul vechi, masele plastice, sticla etc. Un rol important în posibilitatea de reutilizare

revine caracteristicilor iniţiale ale produselor. Reutilizarea/reciclarea depinde de gradul de dispersie al deşeurilor, separarea componentelor, existenţa unor tehnologii capabile să restabilească proprietăţile dispărute prin uzura unor componente etc.

Deşeurile trebuie să fie valorificate astfel încât să nu fie pusă în pericol sănătatea umană şi fără a utiliza metode sau procedee susceptibile de a prejudicia mediul.

Dintre modalităţile de reciclare/valorificare a deşeurilor specifice exemplificăm situaţiile referitoare la vehiculele scoase din uz (VSU), a echipamentelor electrice şi electronice şi a PCB.

În ceea ce priveşte reciclarea deşeurilor de echipamente electrice şi electronice, în România nu există unităţi de reciclare complete. Organizarea sistemului de management al deşeurilor de echipamente electrice şi electronice implică acţiuni tehnice şi de logistică.

Deşeurile care ajung la centrele de colectare/dezmembrare vor fi dezmembrate şi îndepărtate componentele periculoase. Deşeurile periculoase care rezultă din dezmembrare vor fi depozitate sau vor fi reciclate şi eliminate în fabricile de ciment.

Ca variante pentru gestiunea corectă a acestor deşeuri sunt propuse următoarele acţiuni:

a. tratarea în cuptoare de ciment echipate special,b. tratarea în incineratoare special construite pentru deşeurile

periculoase,c. procese de tratare fizico-chimică (de ex. dehidroclorinarea PBC-urilor),d. exportul în vederea reciclării.Pentru echipamentele care mai pot fi folosite se va organiza un serviciu

pentru repararea lor. De asemenea vor intra în circuitul de vânzare şi componentele folosite ca piese de schimb second hand. Deşeurile metalice feroase şi neferoase se vând pentru reciclare, fie în combinatele metalurgice fiind folosite ca materie primă secundară, fie altor agenţi economici prelucrători.

Referitor la frigidere se vor extrage agenţii frigorifici (CFC, HCFC si HFC) cu ajutorul unor pompe de recuperare (pe care ar trebui să le aibă fiecare unitate de colectare şi reciclare)

PCB-urile au fost utilizate în mod intensiv în diverse ramuri industriale - fabricarea de transformatori, condensatori, vopsele, materiale plastice, cerneală, materiale izolatoare, pesticide, plastifianţi etc. In prezent există două surse majore care generează compuşi bifenil policloruraţi şi similari acestora: producţia comercială şi procesele de combustie. Decontaminarea şi eliminarea finală a echipamentelor care conţin PCB poate fi realizată prin tehnologia LTR2

Cu toate că majoritatea deşeurilor cu conţinut de PCB au fost deja eliminate prin depozitare în depozite ecologice industriale şi în cele pentru nămoluri de epurare, totuşi PCB-urile pot contamina mediul prin volatilizare şi prin infiltrare în pânza freatica odată cu levigatul.

17.2.6. Reciclarea deşeurilor de ambalaje

Ambalajele reprezintă un procent însemnat din cantitatea de deşeuri pe care le producem. Ele sunt colectate şi duse la centrele de reciclare. Conform Hotărârii Guvernului nr. 621/2005 toate ambalajele introduse pe piaţă, indiferent de materialul din care au fost realizate şi de modul lor de utilizare în activităţile economice, comerciale, în gospodăriile populaţiei sau în orice alte activităţi, precum şi toate deşeurile de ambalaje, indiferent de modul de generare sunt supuse prevederilor legale.

Principiile specifice activităţii de gestionare a deşeurilor de ambalaje sunt:

- prevenirea producerii de deşeuri de ambalaje;- reutilizarea ambalajelor;- reciclarea deşeurilor de ambalaje;- alte forme de valorificare a deşeurilor de ambalaje care să conducă la

reducerea cantităţilor eliminate prin depozitare finală. Hârtia şi cartonul sunt sortate pe categorii, în funcţie de calitatea lor.

După sortare, acestea sunt tratate cu un amestec de apă şi chimicale, pentru a fi transformate într-o pastă de celuloză. Aluminiul este tăiat în bucăţele şi plasat pe o bandă rulantă, unde este tratat cu aer fierbinte pentru a înlătura lacul. Este apoi topit într-un furnal. Metalul topit este verificat pentru a identifica eventuale contaminări cu alte materiale. Sunt turnate lingouri, care la rândul lor, sunt verificate pentru a stabili calitatea metalului. Alte metale sunt procesate în mod similar. Materialele din sticlă trebuie sortate pe culori, apoi sunt transportate la fabrica de sticlă. O parte din deşeurile periculoase colectate pot fi reciclate (solvenţii, uleiul, bateriile auto, bateriile telefoanelor mobile), iar altele trebuie depozitate în locuri special amenajate pentru deşeuri periculoase. Produsele din plastic sunt sortate în funcţie de culoare şi de tipul polimerului. Apoi sunt spălate, tăiate, uscate şi topite în vederea refolosirii. Deşeurile din construcţii şi demolări pot fi reciclate (pot fi fabricate noi materiale de construcţie: pietriş, nisip etc.).

17.2.7. Deşeuri toxice şi periculoase

Problema deşeurilor, în plan cantitativ, este în general localizată. Cu toate acestea, în cazul unor deşeuri industriale cu toxicitate ridicată problema poate să devină de dimensiune internaţională. Deşeurile toxice şi periculoase necesită costuri suplimentare de depozitare, majorate de taxe“verzi”. În multe cazuri, este mai ieftin “exportul” deşeurilor în ţări cu reglementări mai puţin severe în domeniul protecţiei mediului, decât realizarea şi introducerea de noi tehnologii, care necesită investiţii substanţiale.

O soluţie pentru limitarea şi controlul unor astfel de practici a fost impusă prin Convenţia de la Basel privind transportul peste frontieră a deşeurilor periculoase şi al eliminării acestora. În baza acestuia părţile semnatare se obligă să elaboreze un protocol privind răspunderea şi compensarea pagubelor produse ca urmare a transportului peste frontiere al deşeurilor periculoase şi stabilirea unui fond pentru situaţii de urgenţă apărute în timpul transportului deşeurilor. În acelaşi timp, fiecare ţară semnatară trebuie să combată şi să prevină traficul ilegal de deşeuri periculoase, să desemneze autorităţi competente şi puncte focale. Ţările care au aderat la Convenţie trebuie să elaboreze documente privind gospodărirea deşeurilor destinate recuperării şi ghidării tehnice pentru gospodărirea raţională a deşeurilor. Pentru transmiterea informaţiilor şi pentru urmărirea traficului de deşeuri periculoase, părţile utilizează documentarea propusă de Secretariatul Convenţiei şi stabilesc centre regionale de cooperare pentru pregătire de cadre şi pentru transfer de tehnologie.

România a aderat la cerinţele Convenţiei prin Legea 6/1991 şi a acceptat amendamentele prin Legea nr. 265/2002. Ca urmare, începând cu anul 2007 a fost interzisă trecerea peste graniţă a anumitor deşeuri.

În general, în vederea efectuării transportului se efectuează următoarele operaţiuni:

- Expeditorul completează un formular pentru aprobarea transportului de deşeuri periculoase;

- Formularul pentru aprobarea transportului deşeurilor periculoase este semnat de către expeditor şi transmis către destinatarul deşeurilor;

- Destinatarul deşeurilor periculoase, la primirea formularului pentru aprobarea transportului, poate accepta efectuarea transportului sau poate solicita informaţii suplimentare din partea expeditorului. Dacă destinatarul acceptă efectuarea transportului, semnează şi ştampilează documentul pentru aprobarea transportului.

- Documentul pentru aprobarea transportului se transmite la agenţia pentru protecţia mediului sub jurisdicţia căreia se află instalaţia de valorificare/eliminare, pentru a se obţine din partea acesteia aprobarea pentru efectuarea transportului. Dacă aceasta este de acord cu operaţiile de valorificare sau eliminare aplicate deşeurilor periculoase de către destinatar, aprobă efectuarea transportului prin semnarea şi ştampilarea documentului pentru aprobarea transportului.

- Documentul pentru aprobarea transportului, care conţine aprobările date de către agenţia pentru protecţia mediului şi acceptarea de către destinatar a deşeurilor periculoase, se transmite expeditorului, care îl prezintă inspectoratului de protecţie civilă sub a cărui jurisdicţie se află, pentru avizarea rutei transportului de deşeuri periculoase.

- Stabilirea rutei de transport a deşeurilor periculoase se face de către expeditor şi transportator, se avizează de către inspectoratul de protecţie civilă judeţean şi se înscrie în documentele de însoţire a transportului. La stabilirea rutei de transport, în cazul transportului rutier, se va avea în vedere ocolirea localităţilor mari (oraşelor).

În cazul transportului de deşeuri periculoase pe calea ferată, agenţia pentru protecţia mediului aprobă efectuarea transportului numai dacă a obţinut în prealabil acceptul transportatorului.

Deşeurile periculoase care fac obiectul transportului trebuie să fie ambalate în conformitate cu prevederile legale referitoare la transportul mărfurilor periculoase.

17.2.8. Evidenţa gestiunii deşeurilor

Conceptele de management al deşeurilor trebuie să furnizeze o privire de ansamblu asupra situaţiei gospodăririi deşeurilor într-o regiune. Trebuie să indice perspective şi acţiuni necesare şi astfel, să joace rolul de linie directoare pentru acţiunea în domeniul managementului deşeurilor. Agenţii economici care generează deşeuri au obligaţia de a ţine o evidenţă a gestiunii acestora şi de a transmite aceste date autorităţilor publice teritoriale pentru protectia mediului.

1919

Bioindicatori

19.1. Noţiune. Abordări. Cerinţe organism test

Un bioindicator este un organism (sau o comunitate de organisme) care acţionează prin modificări la prezenţa unei substanţe toxice (indicatori de efecte sau de reacţie) sau care concentrează acea substanţă toxică (indicatori de acumulare).

Modificările suferite de mediu pot fi abordate pe două căi:- prin măsurări directe, instrumentale, ale principalilor ecofactori (factori

fizici şi chimici) din aer, apă şi sol, măsurări realizate continuu sau pe perioade de timp bine definite, în scopul determinării gradului de variaţie a factorilor cercetaţi şi al înţelegerii cauzelor respectivelor variaţii;

- prin deducerea schimbărilor ce au apărut în structura, funcţiile, numărul de indivizi şi modul de asociere a organismelor vii vizate (microorganisme; plante şi animale, luate ca entităţi individuale, sau ca populaţii sau comunităţi de specii), ca urmare a unor interacţiuni specifice cu mediul. Se poate face un pas mai departe testându-se, direct pe teren sau în laborator, compatibilitatea cu mediul a diferitelor substanţe ce interacţionează cu organismele vii.

Ambele abordări constituie părţi componente ale unui cuprinzător sistem de informaţii de mediu, prin care se pot recunoaşte pericolele şi furniza organelor administrative un sprijin substanţial pentru evitarea şi înlăturarea lor.

În principiu, în decursul ciclului său de viaţă, orice specie reacţionează la modificările majore pe care le suferă habitatul ei, dezvoltând diferite mecanisme de adaptare sau acomodare. Totuşi dacă analizăm speciile în mod separat, observăm diferenţe considerabile în ceea ce priveşte capacitatea lor de a suporta modificările mediului. De exemplu: speciile stenobionte sunt mai potrivite pentru a fi utilizate ca bioindicatori decât speciile euribionte, primele având o plajă de toleranţă mai mică faţă de schimbările din mediul lor.

Pentru a putea descoperi prezenţa substanţelor toxice antropogene se utilizează fie indicatori cu sensibilitate mare (indicatori de reactivitate), fie indicatori de acumulare, aceştia din urmă, fiind mai puţin sensibili, dar capabili să acumuleze substanţele dăunătoare.

Depistarea substanţelor toxice poate fi realizată fie prin monitoring pasiv, prin care se cercetează speciile existente în ecosistem, fie prin monitoring activ, prin care organismele studiate sunt păstrate în viaţă prin metode standardizate, pentru a fi ulterior expuse stresului fizic sau contaminării.

Prin organism test se înţelege, în primul rând, un animal sau o plantă ce este utilizat(ă) în cadrul unor experienţe standardizate de laborator. Organismele individuale, populaţiile sau asociaţii ale acestora (biocenoze, simbioze) pot ”furniza informaţii” atât despre prezenţa cât şi despre intensitatea anumitor factori ecologici. Informaţia propriu-zisă constă în prezenţa sau absenţa respectivului organism test, sau în dezvoltarea, respectiv diminuarea numerică a acelui organism.

Organismele test dintr-un ecosistem de referinţă trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe:

să fie reprezentative; să fie cosmopolite (răspândire mare); să fie suficient de rabundente; să aibă o poziţie trofică clară; să aibă stabilitate temporară; să fie genetic omogene; să fie sensibile la acţiunea substanţelor chimice; modificările pe care le suportă să fie uşor şi precis măsurabile.

19.2. Plantele ca bioindicatori

O importanţă deosebită în metodele actuale de supraveghere a mediului o au plantele superioare utilizate ca organisme indicatoare (ele pot fi utilizate atât în acţiunile de identificare, cât şi în cele de determinare cantitativă a substanţelor toxice).

Efectul imisiilor este semnalat prin acumularea noxelor la nivelul diferitelor structuri organice, prin tulburările apărute în procesele fiziologice şi biochimice ale celulei, prin modificări submicroscopice şi morfologice ale organitelor celulare şi ale diferitelor organe, sau prin efectele produse asupra organismului în ansamblul său.

Pe lângă efectele produse în organismele individuale la diferite niveluri morfo-funcţionale, mai trebuie observate şi modificările produse în compoziţia pe specii şi structura fitocenozelor, sau chiar modificările unui întreg ecosistem. Prin monitoring pasiv se observă imediat reacţiile indivizilor sau grupele de organisme. Deşi prin acţiune biochimică, fiziologică şi morfologică pot apărea reacţii specifice foarte pronunţate la anumite noxe din aer, bioindicaţia nespecifică devine extrem de importantă datorită complexităţii ecofactorilor din locul de origine. De asemenea, de mare ajutor în diagnosticarea prin analiză cauzală sunt simptomele de vătămare: prin acestea, diagnoza poate fi considerabil uşurată dacă se cunosc reacţiile plantelor pentru fiecare dintre componentele mediului.

Dacă unele plante dezvoltă strategii de rezistenţă, altele au capacitatea de a realiza acumulări selective de substanţe dăunătoare.

Cele prezentate până acum s-au referit la reactivitatea organismelor luate ca indivizi. În evaluarea efectului real al imisiilor, cercetarea biocenozelor (cu precădere a comunităţilor de plante) îşi are importanţa sa. Parametrii utilizaţi în studiul efectului imisiilor sunt: modificarea componenţei specifice a biocenozei şi modificarea mecanismului de structurare a fitocenozei.

Pentru ca reacţiile plantelor la anumite imisii să fie cât mai corect interpretate, în codiţii de reactivitate stimulată prin factorii endogeni şi exogeni şi pentru a putea repeta cât mai exact observaţiile, s-a recurs la expunerea plantelor la condiţii standardizate în ce priveşte imisiile. Cel mai cunoscut exemplu de standardizare a modului de a cultiva şi a expune plantele la acţiunea imisiilor este procedeul dezvoltat la Scholl pentru cultura ierbii standard. Prin acest procedeu, iarba italiană (Lolium multiflorum ssp. Italicum) este însămânţată şi lăsată să crească într-un recipient alimentat cu apă în modul “flux constant”. Este important de ştiut că, studiind substanţele dăunătoare acumulate în iarbă, se pot deduce cauzelor vătămărilor produse de imisii asupra ei, se pot descoperi pericolele potenţiale pentru alte specii de plante, dar şi pericolele ce-i pândesc pe oameni şi animale dacă respectivele plante intră în lanţul trofic. În afară de iarbă, în monitoringul activ se utilizează şi alte plante superioare ca indicatori de acumulare (de exemplu, varza furajeră – Brassica oleracea acephala - ca indicator pentru substanţele aromatice policiclice).

Spre deosebire de indicatorii ce acumulare, prin indicatorii de reacţie se poate face o selecţie a celor mai sensibile specii de plante. De exemplu, pentru a “simţi” ozonul la nivel de glob se utilizează tutunul (Nicotiana tabacum L.), cu precădere varietatea foarte sensibilă Bel W3. Dovada prezenţei ozonului este pătarea (prin necrozare) feţei superioare a frunzelor. În cazul otăvirii cu PAN (peroxiacetilnitrat), proba se face cu urzică (Urtica urens) şi cu plantele de păiuş (Poa annua).

Alte specii considerate bioindicatori ,,santinelă,, şi detectori ai ozonului sunt prezentate în tabelul 19.1.

Tabelul 19.1. Bioindicatori ai ozonului.Specii Referinţe

santinelePhaseolus vulgaris Oshima, 1974, Sanders şi colab., 1992Trifolium repens Heagle şi alţiii, 1992Trifolium

subterraneumSanders şi alţii, 1992

Ipomoea purpurea Nouki, Aoki, 1979Spinacea oleraceae Posthumus, 1982detectoriRubus spp Manning, 1991Prunus serotina Chappelka, 1992Fraxinus Davis, Wilhour, 1976

pennsylvaticaPopulas tremuliodes Karnosky,1976Sassafras albidum Chappelka, 1992Liriodendron tulipifera Davis, Chappelka, 1992Fraxinus americana Chappelka, 1992

Destul de frecventă este introducerea sistemului standardizat de dozare a unui bioindicator: din reacţiile diferite ale unor specii indicatoare expuse simultan noxei de studiat (deşi sensibilităţile la noxă sunt caracteristice fiecărei specii), pot fi identificate pe baza simptomelor apărute, anumite componente ale imisiei, stabilindu-se totodată şi doza lor efectivă.

În utilizarea plantelor ca indicatori standardizaţi, pe lângă expunerea în vase sau pe parcele fără aer filtrat se are în vedere şi expunerea indicatorului în sisteme cu aer filtrat şi nefiltrat. Ca exemplu pot fi date camerele transportabile de testare.

Chiar în prezenţa unor imisii cu compoziţie complexă, prin folosirea unor plante indicator cu sensibilitate specifică şi a unor sisteme speciale de filtrare se pot evalua componentele active ale substanţei dăunătoare, ca şi potenţialul de vătămare. Există sisteme de aparate de supraveghere cu şi fără filtrarea aerului, dintre care amintim “open-top-chamber” şi “zonal air pollution system” (ZAPS).

Plantele superioare sunt bune indicatore ale substanţelor dăunătoare nu doar în ecosistemele terestre, ci şi în cele acvatice. Există numeroase cercetări în domeniul utilizării plantelor acvatice ca indicatori de acumulare pentru metalele grele: Scenedesmus obliguos (Cd, Fe), Anabaena cylindrica, Pontedaria cordata (Cu, Zn), Limnanthemum cristatum, Wolffia globosa (Cd, Cr)

Trebuie de asemenea arătat că, pe lângă rolul de indicatori ai acţiunilor antropogene asupra lor, plantele superioare sunt foarte sensibile la modificările apărute a în locul lor de origine (mediul lor natural).

19.3. Indicatori de metale grele (metalofite = calcofite).

Metalele grele cu acţiune biologică relevantă (greutate specifică peste 5,0) sunt următoarele: Fe, Mn, Zn, Cu, Co, Mo, Ni, V, Cd, As, U, Pb, T1, Cr, Hg şi Ag. Unele dintre aceste metale (Fe, Mn, Zn, Cu, Co, Mo, Ni, V) sunt esenţiale ca microelemente nutritive în activitatea enzimatică şi în procesele de sinteză din metabolismul plantelor. Concentraţii peste normal ale metalelor grele rezidente în sol sau pe subterane afectează capacitatea plantelor de a coloniza un sol. Pentru a se fixa în locuri încărcate cu metale grele, plantele dezvoltă două tipuri de strategii: strategiile de “evitare” (avoidance), respectiv de “tolerare” (tolerance):

strategia de evitare: planta încearcă să scape de factorul de stres, sau să-l ţină departe, prin preluarea substanţelor dăunătoare şi fixarea lor limitată în rădăcini;

strategia de tolerare: planta se expune complet factorului de stres, dar ea suportă stresul prin măsuri interne de protecţie şi adaptări (de exemplu, se sintetizează proteine şi lipide rezistente la respectivul factor).

Numai puţine specii de plante superioare au dezvoltat, de-a lungul evoluţiei lor, mecanisme de apărare, respectiv de toleranţă faţă de metale grele, care, înainte de toate, sunt toxice pentru enzime. Minele de plumb, zinc şi cupru sau haldele acestora, sunt amplasamentele din Europa Centrală unde se găsesc calcofitele (indicatori ai metalelor grele). Cercetărri în domeniu au fost efectuate de D. Chettle (2000), Reimann şi alţii (2000) etc. Speciile utilizate au fost : Pinus sylvestris (Ni), Pleurozium schereberi şi Hylocomium splendens, Astragalus

(Se), Becium homblei (Cu), Alyssum bertolanii şi A. murale, Ceratophyllum demersum, Eichhornia ( Hg) etc.

19.4. Indicatori ai radionuclizilor.

Plantele inferioare perene (lichenii şi muşchii) sunt şi buni bioindicatori ai radionuclizilor. Ca organisme longevive care, în cazul lichenilor, nu dispun de niciun fel de mecanism de eliminare a cationilor, ele acumulează cationii substanţelor dăunătoare de origine antropogenă. În toată lumea, lichenii conţin şi astăzi radioizotopi cu timpi lungi de viaţă, rezultaţi din testele nucleare efectuate în atmosferă în anii ’60 (în special Cs). O actualitate imediată au căpătat metodele de detectare a radionuclizilor după accidentul reactorului de la Cernobâl, din aprilie 1986, prin efectele dezastruoase produse atunci. Cunoscându-se spectrul de radionuclizi din emisia primară, se pot determina, chiar şi după multe decenii, mărimea depunerilor de radionuclizi prin cădere (“fall-out”) şi spălare (“rain-out”), pe baza prezenţei radionuclizilor cu timp lung de viaţă. Valoarea din 1992 a ratei de dezintegrare a radionuclizilor acumulaţi în urma accidentului de la Cernobâl (în special Cs) corespunde unei proporţii de circa 7% din depunerea primară totală (W. Funke, G. B. Feige, 1995).

19.5. Animalele ca bioindicatori

Animalele reacţionează la diferite modificări ale mediului înconjurător. Pentru a fi recunoscute, transformările fundamentale petrecute trebuie să fie suficient de semnificative. De multe ori, capacitatea mare de reacţie a animalelor constituie un dezavantaj în a indica factorii individuali de stres. În astfel de cazuri, cele mai utile sunt cercetările de detaliu asupra animalelor marine, de apă dulce şi terestre, de diferite apartenenţe de sistematică şi troficitate, realizate pe perioade îndelungate.

Animale acvatice. Animalele acvatice reacţionează la substanţele dăunătoare din mediul lor

cu o sensibilitate mult mai mare, de regulă, decât a animalelor terestre. Aceasta se datorează următoarelor cauze:

epiderma animalelor acvatice este, în mare măsură, hidrofilă pe tot corpul sau pe anumite porţiuni de (exemplu, în zona branhiilor). De multe ori, aceste animale au păr ciliar, iar suprafaţa corpului lor se măreşte prin existenţa unor microcili;

lipsesc în mare măsură structurile (organele) care servesc la protecţia împotriva uscării;

respiraţia cutanată joacă un rol însemnat şi la vertebrate; la nevertebrate este răspândită ingestia pe cale parenterală a

substanţelor anorganice şi organice.Macro nevertebratele bentice sunt organisme indicatoare bune pentru

apele curgătoare. Crustaceele sunt folosite des ca bioindicatori şi biomonitori în numeroase sisteme. Reprezintă un grup de animale distribuite în habitate diferite (zone marine, terestre, ape curgătătoare), şi constituie candidaţii ideali pentru compararea investigaţiilor făcute. Molustele bivalve (Elliptio complanata) au fost folosite ca bioindicatori de acumulare pentru Pb, Fe, Zn, Cu şi Mn. Amfibienii sunt buni “indicatori” ai schimbării mediului. Declinul acestora poate fi pentru noi un semn în ceea ce priveşte dezechilibrul ecosistemului. Această afirmaţie este susţinută de faptul că amfibienii se găsesc în număr mare într-un loc şi în consecinţă pot fi luate probe ieftine pentru metodele standard. Datorita pielii permeabile şi ciclului de viaţă bifazic amfibienii sunt sensibili la stresul

mediului, însă nu este foarte clar dacă sensibilitatea este consistentă şi previzibilă. Numărul viermilor tubiferi creşte mult în apele poluate.

Substanţele toxice din apele reziduale industriale şi comunale pot face dificilă aprecierea calităţii apei. Determinarea calităţii apelor se realizează prin teste de laborator. S-a dovedit că unele animale, aflate pe diferite trepte de dezvoltare, sunt potrivite pentru realizarea testelor de laborator (de exemplu, ciliatele, viermidienii rotiferi, dafniile şi peştii). În multe cazuri, mărimea urmărită în cadrul testului este mortalitatea animalelor de test. Compatibilitatea organismului cu anumite substanţe specifice este indicată prin raportare la valoarea LCS50, adică la concentraţia la care 50% din indivizii intoxicaţi mor. Alte procedee de testare constau în determinarea frecvenţei respiraţiei unui organism, a gradului său de activitate, sau chiar a atitudinii sale. De mare interes în context se bucură aşa-numitul test de semnalizare la peşti, ce se bazează pe înregistrarea impulsurilor electrice ale ştiucii de Nil (Gnathnemus petersi); în combinaţie cu alte organisme de test, rezultatele obţinute cu acest peşte sunt foarte bune.

Animalele terestre.La numeroase specii de animale terestre, din aproape toate grupele

sistematice şi grupelor trofice, modificările mediului natural produc răspunsuri semnificative. Cele mai potrivite sunt organismele ce au o caracteristică ieşită din comun (mărime, culoare, cântec, etc.), care manifestă şi un comportament de statornicie faţă de spaţiul lor vital (de exemplu, fluturi, lăcuste, albine, lilieci, păsări). La aceste organisme, prezenţa sau absenţa mediului propriu le afectează existenţa, furnizând astfel de informaţii şi asupra calităţii spaţiului vital.

De exemplu, în timp ce ploile acide produc modificări mai mult sau mai puţin latente asupra faunei din sol, prin îmbogăţirea cu calcar a solurilor acide (de exemplu, în pădurile de molid) apar reacţii extrem de rapide şi puternice ale multor animale din sol: râmele enchitreide şi alţi câţiva distrugători ce participă la procesele de descompunere se retrag rapid când solul devine acid, ceea ce nu poate rămâne fără consecinţe pentru alte organisme.

Pentru a semnala substanţele dăunătoare, naturale sau antropogene, precum şi efectul lor toxic, cele mai potrivite sunt animalele vertebrate deoarece:

ele dau cantităţi mari de material pentru analiză; multe dintre ele reprezintă o importantă sursă de hrană animală

pentru om (de exemplu, peştii, vânatul, animalele domestice); unele din efectele toxice produc reacţii comparabile şi la om; mai ales speciile “fidele” mediului lor natural pot da informaţii

asupra prezenţei substanţelor dăunătoare din regiuni întregi, datorită capacităţii lor de a integra şi de a monitoriza substanţele respective;

datorită migrării lor pe arii întinse şi a conexiunilor ce apar în lanţul trofic, multe dintre aceste animale dau informaţii asupra răspândirii substanţelor dăunătoare în întreaga biosferă.

Şi unele nevertebrate (de exemplu, scoicile) dau indicii asupra răspândirii substanţelor toxice pe spaţii întinse, sesizând gradientul conţinutului de substanţe dăunătoare.

Dintre nevertebrate, consumatorii primari (consumatori de plante şi detritus) sunt mai potriviţi ca indicatori decât cei secundari (prădători şi paraziţi). Aceasta deoarece consumatorii primari trăiesc, de regulă, cu hrană relativ săracă în energie şi substanţe nutritive. Pentru menţinerea metabolismului lor, aceste animale au nevoie de mari cantităţi de hrană; astfel acumulând în corpul lor, pe lângă elementele nutritive esenţiale, şi cantităţi

apreciabile de elemente potenţial toxice. Din contră, consumatorii secundari au o hrană mai bogată în energie şi în substanţe nutritive, iar pentru menţinerea metabolismului şi a structurii lor, sunt necesare doar cantităţi relativ scăzute de hrană. Acumularea ulterioară de elemente potenţial toxice, cel puţin la speciile care trăiesc puţin este, în general, exclusă.

Melcii şi gândacii (carcalacii) acumulează, pe lângă Cd şi Pb, mai ales Cu şi Zn. Şi albinele sunt bune indicatoare de acumulare deoarece ele colectează hrană de pe suprafeţe întinse de studiu.

Păsările şi mamiferele acumulează Pb, Cd, Hg şi Sr radioactiv, mai ales în rinichi şi/sau în oase. La păsări inclusiv penele pot fi indicatori de elemente grele. La mamifere se folosesc pentru comparaţie probe din firele de păr.

Printre substanţele organice cu efect toxic se evidenţiază hidrocarburile halogene şi alţi compuşi aromatici. Aceste substanţe sunt răspândite pe tot globul, iar acţiunea lor este adesea letală chiar de la punctul de intrare în lanţul trofic. Vertebratele (peşti, păsări, mamifere) sunt în mare măsură expuse în acest caz; ele acumulând substanţele toxice în special în ficat şi în ţesutul gras. La păsările de pradă, acumularea de hidrocarburi clorurate are consecinţe asupra formării cojii (grosimea şi tăria cojii) ouălor şi asupra vitalităţii embrionilor şi a puilor. La mamifere, o mare parte din substanţa acumulată se transmite puilor prin lapte.

Rezultate privind domeniile de utilizare a bioindicatorilor, utilitatea lor şi limitele impuse sunt prezentate în numeroase lucrări de specialitate (E. Dewailly, T. Kosatskz, 2001,J. P. Weber, 2001,G. Carrier,2001, T Fennel,2001, R. Tardif, 2001 ; B.J. Schuring, 1972, H. Jenner, 1989, D.B. Haris, 1986, J. Henson, 1985, D. Gruber, 1981, R.S. Raina, 1996).

Esenţială în utilizarea bioindicatorilor este standardizarea metodelor de lucru. Cu animalele acvatice acest lucru s-a realizat deja, iar pentru cele terestre există o serie de procedee care ar fi adecvate din acest punct de vedere.

Colectarea animalelor din sol este foarte importantă şi ea se face, de regulă, prin examinarea unor probe mici de sol obţinute prin flotaţie sau alte procedee de extracţie.

Pentru colectarea în aer liber există procedee specifice ce se bazează pe activitatea locomotorie a artropedelor sau pe anumite performanţe legate de capacitatea de orientare a animalului urmărit, dar acestea dau rareori rezultate cantitative.

Pentru cercetările de lungă durată, abundenţa ascunzătorilor şi gradul de activitate al unei specii pot fi relativ uşor utilizate, în cadrul suprafeţele pe care speciei i se testează rezistenţa. Numărul fluctuant de specii colectate pe m2 şi an oferă dovezi despre relaţiile de concurenţă, sau despre raporturile pradă/prădător sau parazit/gazdă. La rândul lor, acestea furnizează informaţii valoroase asupra modificărilor de profunzime din ecosistem, care nu se datorează doar acţiunii umane, ci şi factorilor climatici. Şi la alte grupe de animale se pot folosi, în cadrul unor cercetări de lungă durată, fluctuaţiile numărului de indivizi (de exemplu, la păsări - numărul de perechi care clocesc) ca indicator al modificărilor spaţiului vital al speciei.

19.6. Microorganismele ca indicatori.

Cercetările de taxonomie şi ecologia populaţiei prezintă în practică, un interes foarte mare. Este cazul, de exemplu, unui număr mare de metode de lucru dedicate microorganismelor din sol şi din apele subterane. În centrul acestor cercetări stau performanţele, respiraţia şi biomasa bacteriilor şi ciupercilor participante la circulaţia materiei (circulaţia substanţelor). În acest context, determinarea conţinutului de ATP în probele de sol şi de ape subterane

se realizează foarte des. În condiţiile unor precizii bune la măsurare, avantajul acestor procedee constă într-o repetabilitate bună şi într-un interval foarte scurt.