Concetti di ecologia - COMPRENSORIO ALPINO CN2

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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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’
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Dove arrivano i cervi i caprioli diminuiscono !!???
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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
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Investimenti stradali
INDICE GENERALE
INDICE LEZIONE
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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
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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
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INDICE GENERALE
INDICE LEZIONE
Concetti di ecologia applicata
Fine
INDICE GENERALE
INDICE LEZIONE
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