Concetti di ecologia - COMPRENSORIO ALPINO CN2
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19/06/2013 Concetti di ecologia applicata Un esempio di rete alimentare Concetti di base Un esempio di rete alimentare Concetti di base • Alcune definizioni: ecologia, biocenosi, biotopo, etc.. • Ecosistema • Habitat e nicchia ecologica • Catene alimentari • Reti alimentari • Piramidi alimentari 1 19/06/2013 Ecologia • Ecologia (dal greco: οίκος, oikos, "casa" o anche "ambiente"; e λόγος, logos, "discorso" o “studio”) • Disciplina che studia l'ecosfera, ossia la porzione della Terra in cui è presente la vita in aggregati detti "ecosistemi", (interazione degli organismi tra loro e con l’ambiente circostante) Ecologia • Una porzione di biosfera delimitata naturalmente può contenere un ecosistema. • I fattori ambientali che determinano un ecosistema sono classificati in – fattori biotici – fattori abiotici – Fattori limitanti. • Più ecosistemi, aggregandosi, formano un paesaggio e più paesaggi compongono l'ecosfera, (massimo livello di aggregazione della materia vivente). Ecologia • Differenza tra il termine ecologia portato alla ribalta dal movimento ambientalista negli anni ‘60 e ’70, ed il corretto significato scientifico. • Per gli ambientalisti l’ecologia è la disciplina in grado di fornire una “guida” per le relazioni dell’uomo con il proprio ambiente e, con la diffusione del movimento, divenne un termine utilizzato quotidianamente e spesso impropriamente (p. esempio: ecologia = studio dell'inquinamento). • Tale tendenza si manifesta ancora oggi, confondendo spesso erroneamente l’ecologia con l'ambiente, con la conservazione della natura o con altri concetti e studi simili. 2 19/06/2013 Alcune definizioni Biocenosi Biotopo Gruppo di popolazioni, appartenenti a diverse specie, che vivono in un determinato territorio Unità fondamentale dell’ambiente topograficamente individuabile e caratterizzata dalla biocenosi che lo popola Popolazione Gruppo di individui della stessa specie che vivono in un determinato territorio e sono tra loro legati da rapporti riproduttivi e sociali Specie Insieme di organismi interfecondi Ecosistema Biocenosi Biotopo Componente vivente Componente non vivente Ecosistema Insieme di biotopo, biocenosi e di tutte le loro relazioni Habitat e nicchia ecologica Habitat Nicchia ecologica Tipo di ambiente (fisico e biologico) Posizione funzionale di un organismo nell’ecosistema in cui un organismo vive 3 19/06/2013 Habitat L'habitat (termine latino che significa abita) è il luogo le cui caratteristiche fisiche o abiotiche, possono permettere ad una data specie di vivere e svilupparsi. È essenzialmente l'ambiente che può circondare una popolazione di una specie. Es: Habitat capriolo Specie caratteristica delle fasce ecotonali (zone di transizione tra ecosistemi differenti) Predilige le situazioni in cui le aree boschive e/o fittamente cespugliate si alternano ad aree aperte (prati/coltivi) Range altitudinale Dal livello del mare all’alta montagna 4 19/06/2013 5 19/06/2013 6 19/06/2013 7 19/06/2013 8 19/06/2013 Catene alimentari … Un ecosistema viene mantenuto in vita da un flusso di energia che attraversa i diversi livelli trofici Consumatori terziari Sono carnivori predatori sia di erbivori che di altri carnivori Detritivori Decompositori Demoliscono e decompongo la sostanza organica restituendo ai produttori il Consumatori secondari Sono carnivori predatori di erbivori materiale inorganico con cui viene fatto ripartire il ciclo Consumatori primari Sono gli erbivori, che si nutrono a spese della materia organica sintetizzata dalle piante Produttori Sono le piante, organismi autotrofi (in grado di sintetizzare sostanza organica a partire da materiale inorganico) Catene alimentari Le catene alimentari sono le vie di trasferimento dell’energia attraverso l’ecosistema Un esempio di catena alimentare 9 19/06/2013 Reti alimentari Le catene alimentari si combinano a formare delle reti più o meno complesse Un esempio di rete alimentare Catene alimentari Flussi di energia tra gli individui Piramidi alimentari Nel passaggio da un livello trofico a CONSUMATORI TERZIARI quello successivo una grande quantità di energia viene dispersa CONSUMATORI SECONDARI La biomassa si riduce progressivamente salendo di livello CONSUMATORI PRIMARI PRODUTTORI 10 19/06/2013 Struttura e dinamica di popolazione Un esempio di rete alimentare Struttura di popolazione Proporzione tra classi d’età La struttura di popolazione è la composizione percentuale di una popolazione in La classi giovanili sono, di norma, quelle più rappresentate e con mortalità più alta classi di età Esempio e 100 classi di sesso Numero capi 80 Proporzione tra i sessi (PS) 60 40 20 Nelle popolazioni naturali di ungulati femmine e maschi sono in numero circa eguale, spesso con una leggera prevalenza di femmine 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Età Struttura per età di una popolazione di cervo PS = 1 : 1,3 INDICE GENERALE INDICE LEZIONE Struttura di popolazione La struttura di popolazione può essere rappresentata da un grafico a piramide Età 15 14 13 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 MASCHI 1 0 50% 40% 30% 20% 10% FEMMINE 0 10% 20% 30% 40% 50% Esempio di struttura di un popolazione di cervo INDICE GENERALE INDICE LEZIONE 11 19/06/2013 Struttura di popolazione Struttura di popolazione Popolazioni destrutturate Ogni popolazione tende Esempi legati a scorretti prelievi venatori naturalmente a mantenere in • Popolazioni di cinghiali con giovani troppo numerosi che, senza il controllo di adulti capobranco, si trovano allo sbaraglio Conseguenze: utilizzo non ottimale delle risorse ambientali e quindi: maniera dinamica una struttura ottimale, in equilibrio con le condizioni dell’ecosistema Popolazioni lontane dall’equilibrio si - elevato nomadismo dicono destrutturate - danni all’agricoltura • Popolazioni di cervi con pochi maschi di buona prestanza fisica Conseguenze: opportunità riproduttive per maschi geneticamente scadenti INDICE GENERALE INDICE LEZIONE Struttura di popolazione Categorie di età percentuale popolazione per sesso Popolazione in forte crescita 12 11 10 9 8 7 6 5 4 Maschi 3 Femmine 2 1 -30% -20% -10% Categorie di età percentuale popolazione per sesso 0% Popolazione in equilibrio 10% 20% 30% 40% percentuale popolazione per sesso 12 Categorie di età -40% Popolazione in decremento 11 10 9 8 3 Maschi 3 Fem m ine 2 2 1 1 -10% -5% 0% 5% 10% INDICE GENERALE 15% 20% 8 4 4 -15% 9 5 5 -20% 10 6 6 Femmine 11 7 7 Maschi 12 -15% -10% -5% 0% 5% 10% 15% 20% INDICE LEZIONE 12 19/06/2013 Dinamica di popolazione Le popolazioni si modificano nel tempo in seguito ad aumenti e diminuzioni della propria consistenza Equazione della dinamica di popolazione Nt+1 = Nt + (B + I - D - E) Nt = consistenza della popolazione all’instante t Nt+1 = consistenza della popolazione all’instante t+1 (es. un anno dopo) CONSISTENZA B = numero dei nati I = numero degli immigrati D = numero dei morti E = numero degli emigrati DELLA POPOLAZIONE INDICE GENERALE INDICE LEZIONE CAUSE DI MORTALITA’ 13 19/06/2013 Dinamica di popolazione Accrescimento senza regolazione Crescita esponenziale dN = rN dt In assenza di fattori limitanti la popolazione si accresce unicamente in base al proprio tasso intrinseco N di accrescimento (numero massimo di discendenti generati da ogni individuo) la crescita è esponenziale t r = tasso intrinseco di accrescimento INDICE GENERALE INDICE LEZIONE INDICE GENERALE INDICE LEZIONE Dinamica di popolazione Accrescimento con regolazione Crescita logistica dN N = rN 1 − dt K In presenza di fattori limitanti la crescita viene rallentata, fino a quando la popolazione si stabilizza N intorno alla capacità portante (massimo carico di individui di una K certa specie che un determinato ambiente può sostenere) t la crescita si dice logistica K = capacità portante INDICE GENERALE INDICE LEZIONE 14 19/06/2013 Dinamica di popolazione Tasso di accrescimento • massimo quando N = K / 2 cioè densità Il tasso di accrescimento di una popolazione è: un istante prima che intervengano i fattori limitanti densità-dipendenti • nullo quando N è prossimo a K situazione di equilibrio in cui le K/2 nascite bilanciano le morti t INDICE GENERALE INDICE LEZIONE Dinamica di popolazione Incremento Utile Annuo I.U.A. nelle popolazioni di ungulati L’accrescimento di una popolazione Valori teorici di riferimento da un anno all’altro prende il nome di incremento utile annuo (I.U.A.) e rappresenta il risultato delle nascite I.U.A. CINGHIALE 100 – 200 % al netto delle perdite annuali CAPRIOLO 30 – 50 % CERVO 25 – 33 % DAINO 30 – 40 % MUFLONE 25 – 43 % Si esprime come percentuale di piccoli sopravvissuti rispetto alla popolazione iniziale (o rispetto al numero delle femmine) INDICE GENERALE INDICE LEZIONE Incremento utile annuo • Saldo utile della popolazione animale • Se il saldo è positivo determina una crescita della popolazione • Se negativo determina una riduzione • Se uguale a zero la popolazione è in equilibrio con l’ambiente 15 19/06/2013 Dinamica di popolazione Specie a selezione r elevata prolificità brevi cure parentali Le specie in grado di sfruttare situazioni favorevoli anche di breve elevata mortalità giovanile durata (es. annate di eccezionale tendenza al nomadismo (colonizzazione di nuovi ambienti) offerta di cibo) hanno un elevato r Localmente, sono normali fluttuazioni anche consistenti della dimensione della Selezione r popolazione N.B. Tra gli ungulati, la strategia r si può ritrovare nel cinghiale INDICE GENERALE INDICE LEZIONE Dinamica di popolazione Specie a selezione K scarsa prolificità Le specie adattate ad ambienti buone cure parentali duraturi (specie stabili), hanno ridotta mortalità giovanile caratteristiche che consentono di legame con il territorio mantenersi alla massima densità specializzazione e buona capacità di competizione possibile K Selezione K N.B. La maggior parte degli ungulati ha una strategia di tipo K INDICE GENERALE INDICE LEZIONE Fattori limitanti Definizione e classificazione I fattori ambientali che, agendo sul successo riproduttivo (fitness) degli individui, influenzano il tasso di accrescimento di una popolazione prendono il nome di fattori limitanti: • spazio • cibo • predazione • epidemie e parassitosi • competizione interspecifica • fattori climatici • … INDICE GENERALE INDICE LEZIONE 16 19/06/2013 Fattori limitanti Spazio Esempio Lo spazio vitale è un’esigenza primaria per ogni organismo con l’aumento della densità e la diminuzione dello spazio vitale di ogni individuo si verifica un calo nella produzione di biomassa • diminuzione del vigore fisico • diminuzione del tasso di accrescimento Il cervo Specie che necessita, per le proprie esigenze vitali, di ampi spazi e di comprensori ben strutturati in cui poter ricavare: • quartieri di svernamento • quartieri estivi • aree di bramito La popolazione autoctona di cervo del Bosco della Mesola, confinata in un ambiente recintato di circa 1 km2, è caratterizzata da: • piccole dimensioni corporee • scarso sviluppo del trofeo dei maschi • basso tasso di natalità (calo natalità/aumento mortalità) INDICE GENERALE INDICE LEZIONE Fattori limitanti Cibo Esempio Esigenza primaria per qualunque organismo Il cinghiale Per le popolazioni di cinghiale l’offerta trofica dell’ambiente ha effetti consistenti influenza direttamente le condizioni fisiche, il potenziale riproduttivo degli individui ed il tasso di accrescimento delle popolazioni sul tasso di natalità: nelle annate con abbondante produzione di ghiande o faggiole il potenziale riproduttivo risulta pressoché raddoppiato N.B. L’aumento della densità di popolazione diminuisce la disponibilità di cibo per i singoli individui INDICE GENERALE INDICE LEZIONE Fattori limitanti Predazione Anomalie In ecosistemi integri prede e predatori si mantengono in un rapporto equilibrato attraverso cicli di diminuzione / aumento delle rispettive densità In ecosistemi alterati (es. dall’introduzione di una specie estranea) possono verificarsi anomalie nel rapporto predatori - prede Esempio Il muflone e il lupo Poiché il lupo è assente dalla Sardegna, il muflone, specie originaria dell’isola, non ha evoluto adeguate strategie antipredatorie nei suoi confronti Aumento predatori Aumento prede Diminuzione prede Localmente, il lupo può avere un impatto elevato, soprattutto in presenza di altri fattori limitanti (es. prolungato innevamento, assenza di pareti scoscese) Diminuzione predatori INDICE GENERALE INDICE LEZIONE 17 19/06/2013 Fattori limitanti Predazione INDICE GENERALE INDICE LEZIONE Fattori limitanti Epidemie e parassitosi Parassiti e agenti patogeni determinano un degrado fisico dell’individuo (in casi estremi la morte) diminuzione del potenziale riproduttivo diminuzione del tasso di accrescimento della popolazione N.B. L’aumento della densità facilita la diffusione di parassiti e patogeni in quanto diminuisce la distanza tra i singoli individui e quindi aumenta la probabilità di contagio INDICE GENERALE INDICE LEZIONE INDICE GENERALE INDICE LEZIONE 18 19/06/2013 INDICE GENERALE INDICE LEZIONE INDICE GENERALE INDICE LEZIONE Fattori limitanti Competizione interspecifica Competizione tra ungulati In ecosistemi equilibrati le comunità animali sono adattate per sfruttare al meglio le risorse ambientali e le diverse specie non si danneggiano a vicenda in modo sensibile Tra le diverse specie di ungulati la competizione si svolge di norma* sul piano alimentare In ecosistemi lontani dall’equilibrio o alterati (es. dallo sfruttamento agricolo e forestale, dall’introduzione di specie alloctone ecc.) la competizione fra due specie può risolversi a sfavore di una delle due • grado di plasticità (adattabilità) delle specie INDICE GENERALE È condizionata da: • offerta trofica dell’ambiente * Un’eccezione è rappresentata dall’introduzione del muflone in ambiente alpino, che ha generato problemi di competizione di tipo spaziale con il camoscio, per l’accesso alle aree di svernamento INDICE LEZIONE 19 19/06/2013 Dove arrivano i cervi i caprioli diminuiscono !!??? 20 capriolo densità (capi/100 ha) 18 16 14 12 10 8 6 4 cervo 2 0 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 Relazione tra densità del capriolo e cervo nelle Foreste Casentinesi (Mazzarone et al., 2000) INDICE GENERALE INDICE LEZIONE Fattori limitanti Altri fattori limitanti indipendenti dalla densità Fattori climatici Fattori imprevedibili • Siccità • Incendi • Piovosità • Eruzioni vulcaniche • Temperature estreme • Uragani • ... • ... Si manifestano con regolarità Non esercitano un controllo costante sulla popolazione ma provocano per lo più estinzioni di massa, non selettive agiscono come un fattore di controllo (selezione naturale) sulla popolazione colpendo in particolare soggetti deboli (piccoli, anziani, malati) INDICE GENERALE INDICE LEZIONE Fattori limitanti Fattori antropici L’impatto dell’uomo sulle popolazioni animali può essere, secondo i casi, ascritto a varie tipologie di fattori limitanti Esempi Dipendenti dalla densità Indipendenti dalla densità Costanti Variabili Imprevedibili INVESTIMENTI STRADALI BRACCONAGGIO COSTRUZIONE DI INFRASTRUTTURE ECC. ATTIVITÀ AGRICOLE RANDAGISMO CANINO MECCANIZZAZIONE AGRICOLA INQUINAMENTO PRESENZA DI INSEDIAMENTI INDICE GENERALE INDICE LEZIONE 20 19/06/2013 Investimenti stradali INDICE GENERALE INDICE LEZIONE 61 Densità di popolazione La densità biotica (d.b.) è la massima densità raggiungibile da una popolazione in un certo densità Densità biotica d.b. K ambiente (coincide con la capacità portante) N.B. La d.b. è legata ai meccanismi di autoregolazione propri dalla specie. Infatti, oltrepassata la d.b., nella popolazione insorgono segni di decadimento (magrezza, malattie, scarsa prolificità) INDICE GENERALE t N.B. Le densità di popolazione si esprimono convenzionalmente in capi / 100 ha INDICE LEZIONE Densità di popolazione La densità agro-forestale (d.a.f.) è la densità oltre la quale i danni alle coltivazioni e alle piantagioni densità Densità agro-forestale d.b. d.a.f. K risultano intollerabili N.B. La d.a.f. viene stabilita con un criterio economico definito sulla base delle esigenze dell’uomo. Non può essere superiore alla d.b. INDICE GENERALE t N.B. Le densità di popolazione si esprimono convenzionalmente in capi / 100 ha INDICE LEZIONE 21 19/06/2013 Vocazionalità Carta delle Vocazioni Faunistiche • Fornisce un’analisi su grande scala dell’idoneità ambientale per le diverse specie di ungulati, sia sotto il profilo biotico (potenziale) che sotto l’aspetto agro forestale (tollerabile) • La valutazione della recettività permette di pianificare le consistenze densità ammissibili N.B. I valori di densità biotica e agroforestale variano notevolmente in base alle caratteristiche ambientali e sono: Vocazionalità (capi/100 ettari) Specie* nulla bassa media alta CAPRIOLO 0 8 - 10 12 - 15 17 - 20 CERVO 0 1 1,5 - 2 3-4 CINGHIALE 0 1 - 1,5 3-5 8 - 12 * Dall’analisi della vocazionalità sono escluse le specie alloctone per il territorio regionale • massimi in ambienti ottimali • minimi in ambienti non idonei INDICE GENERALE La carta delle Vocazioni Faunistiche on-line www.regione.emilia-romagna.it/faunistico/carta/start.htm INDICE LEZIONE Vocazionalità Stambecco INDICE GENERALE INDICE LEZIONE 22 19/06/2013 INDICE GENERALE INDICE LEZIONE Concetti di ecologia applicata Fine INDICE GENERALE INDICE LEZIONE 23
