Ecologia

Il presente documento è destinato
ad uso strettamente personale
esclusivamente per ragioni di studio.
Ripassiamo qualche concetto di ecologia
1°Corso per operatori sezionali
ONC LPV e TAM L - PV
Ivan Borroni
Comitato Scientifico LPV
Frabosa Sottana CN
12/13-07-2014
Ecologia
Ernst Haeckel, 1866
Branca della biologia che studia gli esseri viventi
nelle loro relazioni reciproche e con l’ambiente dove vivono.
Affronta vari livelli di complessità:
organismo, popolazione, comunità, ecosistema, bioma, ecosfera.
autoecologia: studia l’organismo nel proprio habitat
demoecologia: studia le relazioni fra i membri di una popolazione
sinecologia: studia le relazioni fra i membri di una comunità.
diversi settori di specializzazione:
ecologia marina, delle acque interne, forestale, agraria,
comportamentale, del paesaggio, urbana, industriale, etc.
L’ecologismo, o ambientalismo, è un’altra cosa: ideologia politica che postula
la necessità primaria della tutela ambientale e dello sviluppo ecocompatibile
o, addirittura, della cosiddetta «decrescita felice».
Ecologia: approccio descrittivo e approccio quantitativo
Approccio descrittivo: affronta i concetti generali relativi alla struttura degli
ecosistemi e ai meccanismi che ne regolano il funzionamento, cognizioni che
dovrebbero far parte del bagaglio culturale di base di chiunque si occupi, a vario
titolo, di ambiente.
Approccio quantitativo: studia in termini quantitativi specialistici le variabili
ambientali, le loro dinamiche e interazioni, anche in chiave previsionale;
principali strumenti di analisi sono i modelli matematici di simulazione e le
analisi statistiche multivariate dei dati numerici raccolti con svariate tecniche di
rilevamento e campionamento.
Ecosistema
Arthur Tansley, 1935
Insieme di organismi (biocenosi o comunità biotica) che,
in una definita porzione di biosfera e in un particolare contesto climatico,
interagiscono in equilibrio dinamico tra loro
e con l’ambiente (biotopo) che li circonda.
Sistema aperto (interconnesso con altri ecosistemi),
con struttura e funzione caratteristica determinata da:
Flusso di energia
(energia in flusso continuo unidirezionale)
Circolazione della materia
(riciclo degli elementi tra biocenosi e biotopo = cicli biogeochimici)
Fattori dell’ecosistema
Fattori abiotici (non viventi):
fisico-chimici
climatici
geomorfologici
litologici
pedologici
topografici (altitudine, esposizione).
Fattori biotici (viventi):
specie
popolazioni
comunità
catene e reti trofiche
Dove comincia e dove finisce un ecosistema?
Interconnessione tra ecosistemi: ecotoni, effetto «margine», connettività
Habitat e nicchia ecologica
Habitat
luogo fisico dove un organismo vive
Nicchia ecologica
ruolo ecologico svolto da una specie all’interno dell’ecosistema
Eugene Odum (Fundamentals of Ecology, 1959):
«The habitat is the organism’s address and the niche is its profession»
Ecozone
A) Arctic Ecozones
Western Palearctic (WPA)
Eastern Palearctic (EPA)
Nearctic (NEA)
Antarctic (AAA)
B) Tropical Ecozones
Afrotropic (AFR)
Indotropic (IND)
Australtropic (AUS)
Neotropic (NEO)
Gli ecologi del WWF dividono la superficie continentale della terra in 8 ecozone principali
contenenti 867 ecoregioni più piccole.
In Italia individuate 2 ecoregioni (Divisioni): Temperata (comprendente anche le Alpi) e Mediterranea,
a loro volta suddivise in 13 Province, 33 Sezioni e 80 Sottosezioni
Le classificazioni
degli ambienti
imperversano:
ecosfera,
ecozone,
biomi,
ecoregioni,
etc., etc.
Biomi
Lovelock, 1979,
ipotesi GAIA,
approccio olistico
Precambriano
Ordoviciano
Ambienti ed esseri viventi in continua evoluzione
Siluriano
Carbonifero
Evoluzione e biodiversità
Diversità genetica:
variabilità del patrimonio genetico
nell’ambito di una singola specie.
Include variazioni genetiche
tra popolazioni diverse della stessa specie
e variazioni genetiche individuali
in una stessa popolazione.
La variabilità genetica è dovuta a ricombinazione
in popolazioni di organismi
che si riproducono sessualmente,
mentre nei singoli individui dipende
da mutazioni nei geni e nei cromosomi.
La selezione naturale fa sì che alcuni
attributi genetici vengano poi favoriti.
Ruvenzori m 5000
Torri del Paine m 3000
Biotopo: clima, altimetria
Piani altitudinali
e fasce vegetazionali:
Planiziale (< 200 m)
Collinare (200 – 600 m)
Submontano (600 – 900 m)
Montano (900 – 1600 m)
Subalpino (1600 – 2200 m)
Alpino (2200 – 2800 m)
Nivale (oltre i 2800 m)
Biotopo: geomorfologia, esposizione, microclimi
Microclima: clima di una zona geografica locale differente in modo caratteristico e significativo da
quelli delle zone circostanti a causa di peculiarità orografiche, geomorfologiche o topografiche
Biotopo: litologia
Substrato e vegetazione
Leontopodium alpinum
Viola bertolonii
Aster alpinus
Specie stenoecie di rocce cristalline e calcaree
Saxifraga florulenta
Primula marginata
Specie euriecia
lettiera
Biotopo: pedologia
Suolo: sistema complesso dalle molteplici funzioni,
composto da una frazione minerale e una organica,
contenente negli interstizi acqua e aria;
le sue variabili fisiche, chimiche e biologiche
mutano nel tempo per l’interazione di vari fattori (clorpt):
cl (clima, temperatura, umidità)
o (organismi viventi)
r (rilievo, pendenza del versante, esposizione)
p (roccia madre, materiale di partenza)
t (tempo dall’inizio della trasformazione)
Flusso di energia nell’ecosistema: produzione primaria
Utilizzando come fonte di energia la luce solare
i vegetali acquatici e terrestri (produttori primari autotrofi)
attraverso la fotosintesi clorofilliana sintetizzano i carboidrati
utilizzando l‘anidride carbonica atmosferica e l’acqua metabolica.
Nella fotosintesi sei molecole di CO2 e sei molecole d'H2O
producono una molecola di glucosio (C6H12O6) e sei molecole di ossigeno.
Produzione lorda:
fotosintesi totale di materia organica (compresa la quota utilizzata per la
respirazione dei produttori) durante una determinata unità di tempo.
Produzione netta (assimilazione):
immagazzinamento di materia organica nei tessuti dei produttori nel
periodo considerato.
Biocenosi: catene alimentari e livelli trofici
Strutture trofiche e piramidi ecologiche
L’interazione dei fenomeni di perdita e trasferimento
di energia nelle catene alimentari e le relazioni fra
metabolismo e dimensioni degli organismi
dei vari livelli danno luogo a diverse strutture trofiche,
rappresentabili medianti piramidi.
Le piramidi dei numeri e delle biomasse possono
essere in toto o in parte capovolte,
in relazione a dimensioni e turnover degli organismi,
quelle energetiche mai.
Reti trofiche
vegetali terrestri
produttori primari
decompositori
CO₂
N₂
predatori
consumatori
Ciclizzazione della materia: cicli biogeochimici
Percorsi ciclici degli elementi all'interno della biosfera. Ogni ciclo interagisce con altri.
Per ciascuno è possibile distinguere due comparti: pool di riserva e pool di scambio
.
ciclo dell’acqua
la fotosintesi
produce glucosio e ossigeno
da anidride carbonica e
acqua:
6CO2 + 6H2O + sole→
C6H12O6 + 6O2
Cicli gassosi
il pool di riserva è
l'atmosfera o
l'idrosfera
(es: ciclo dell'azoto,
ciclo dell'acqua e ciclo
del carbonio)
Cicli sedimentari
pool di riserva
localizzato nella
litosfera
(es: ciclo del fosforo,
ciclo dello zolfo e
ciclo del ferro)
Un altro modo
di procurarsi
sostanze
azotate
Pinguicola
Drosera
I fattori limitanti
In condizioni di equilibrio stazionario la disponibilità critica
di fattori essenziali diventa limitante per i vari organismi.
Il concetto di fattore limitante integra le due seguenti leggi
Legge di Liebig o del minimo
la crescita di un vegetale dipende dalla disponibilità nell’ambiente
del nutriente essenziale presente in minore quantità
rispetto al fabbisogno della popolazione.
Legge di Shelford o della tolleranza
il successo di un organismo in un ambiente è subordinato
alla deficienza o all’eccesso di uno dei fattori
che si avvicinano ai limiti di tolleranza per la specie.
Boreus hyemalis
Isotoma saltans
Chlamydomonas nivalis
Ambienti estremi
Ranunculus glacialis
Juniperus nana
Salix herbacea
Rhododendron ferrugineum
Sempervivum arachnoideum
Leontopodium alpinum
Ecologia di comunità
La comunità biotica o biocenosi è l’insieme delle diverse popolazioni
viventi in reciproca relazione
nello stesso ambiente e nello stesso tempo.
La comunità biotica ha caratteristiche proprie, dette proprietà emergenti:
diversità specifica, rapporti di abbondanza tra specie, struttura trofica.
Ecologia di comunità: successioni ecologiche e climax
Successione ecologica primaria:
processo di colonizzazione
e modificazione
di un ambiente fisico
da parte di specie vegetali
(le prime definite «pioniere»)
che danno luogo a successive
comunità biotiche.
Successione secondaria:
nuovo processo di colonizzazione
dopo eventi distruttivi.
Climax:
fase finale di una successione ecologica, quando l’ecosistema ha temporaneamente
raggiunto la massima stabilità ,
la maggiore efficienza energetica
e la più ampia biodiversità possibili nelle condizioni ambientali date.
Disclimax: quando la successione ecologica non può evolvere
fino alla fase di climax, in genere per interventi antropici.
Ecologia di comunità: aspetti della biocenosi
Principali aspetti caratterizzanti le comunità biotiche:
Stratificazione (segregazione verticale): es. foresta, benton/plancton.
Zonazione (segregazione orizzontale ): es. radura/bosco, acque correnti/lentiche.
Ritmi di attività: ritmi circadiani e stagionali.
Complessità della struttura trofica. Pattern riproduttivi.
Modelli di co-azione: predazione, competizione, parassitismo, mutualismo, etc.
Comportamenti individuali e di gruppo.
Ecologia di comunità: pattern riproduttivi
Riproduzione asessuata (scissione, gemmazione,
sporulazione, propagazione vegetativa)
Partenogenesi.
Riproduzione sessuata. Ermafroditismo.
Equiseto
Paramecio
Hydra
Ecologia di comunità: tipi di co-azione
predazione
parassitismo
competizione
neutra
simbiosi mutualistica
commensalismo
Ecologia di comunità: comportamenti individuali e di gruppo
Ecologia di popolazione: struttura
Popolazione: gruppo di organismi della stessa specie
che occupano lo stesso spazio nello stesso tempo,
la stessa nicchia ecologica e si riproducono tra loro;
reagiscono in modo simile allo stimolo dei fattori ambientali,
formano un sistema biologico dotato di propri meccanismi di controllo.
La struttura di una popolazione è caratterizzata da:
Effettivi : numero individui, stimabile con sistemi tipo marcatura-ricattura.
Densità: numero di individui per unità di volume o di superficie.
Biomassa: unità di peso o equivalenti calorici per unità di superficie o volume.
Composizione: classi d’età (coorti), sesso (sex ratio), stadi vitali (riproduttivo, pre, post).
Piramide delle età
Ecologia di popolazione: dinamica
La dinamica di una popolazione consiste nella variazione
degli effettivi nel tempo.
Essa dipende essenzialmente dal potenziale riproduttivo della specie,
nonché dalla capacità portante e dalla resistenza ambientale;
nella forma più semplice viene rappresentata
da una curva logistica (sigmoide).
Equazione di bilancio
di una popolazione:
Nt+1=Nt+B-D+I-E
Ecologia di popolazione: fluttuazioni di abbondanza
Variazioni stagionali e annuali
Gufo delle nevi/lemming
Ecologia di popolazione: dispersione (distribuzione spaziale)
RANDOM (casuale): abbastanza rara, quando la densità è bassa
REGULAR (uniforme): quando c’è forte competitività territoriale
CONTAGIOUS (aggregata): la più comune; distribuzione disomogenea
dei fattori ambientali e/o a intrinseca attitudine al raggruppamento.
Impatti antropici
Effetto serra: l’inquinamento atmosferico
(combustibili
fossili,
deforestazione,
agricoltura e zootecnia intensive) aumenta
la presenza di alcuni gas serra (CO2, CH4,
N2O). Questi gas per le proprie particolari
proprietà molecolari-spettroscopiche non
arrestano gran parte della radiazione
solare entrante ad onda corta, ma
riflettono gran parte della radiazione
infrarossa ad onda lunga riemessa dalla
superficie del pianeta riscaldata dai raggi
solari diretti.
Piogge acide
Piogge acide: deposizioni sia umide che
secche con pH inferiore a 5.
In contatto con acqua atmosferica gli
ossidi di zolfo danno acido solforico, gli
ossidi di azoto acido nitrico.
Buco Ozono: i composti alogenati (in
primis CFC) catalizzano reazioni distruttive
della barriera protettiva di O3 (forma
allotropica di Ossigeno) localizzata in alta
atmosfera soprattutto sui poli.
Buco ozono
Sciurus carolinensis
Sylvilagus floridanus
Myocastor coypus
A
l
i
e
n
i
Colinus virginianus
Trachemys scripta
Salvelinus fontinalis
Lithobates catesbeianus
Dreissena polymorpha
Reynoutria japonica
Procambarus clarckii
Buddleja davidii
Silurusglanis
glanis
Silurus
Rhynchophorus ferrugineus
Senecio inaequidens
Piemonte
ARPA,2007
Il consumo del suolo
Dal decenni in Italia vengono consumati
oltre 668 ettari al giorno
(circa 950 campi di calcio)
per realizzare nuovi edifici, infrastrutture, etc.
In Germania 130.
Questa tendenza italiana
non è proporzionata alla crescita demografica.
In Italia 3320 ettari
di impianti fotovoltaici a terra
DL 241/2012 n. 1:
stop agli incentivi per gli impianti a terra
Impronta ecologica e resilienza
Impronta ecologica: indicatore di pressione ambientale. Stima il consumo umano di risorse
naturali rispetto alla capacità della Terra di rigenerarle, calcolando l'area biologicamente
produttiva di mare e di terra necessaria a rigenerare le risorse consumate e ad assorbire i
rifiuti prodotti.
Resilienza: capacità di un ecosistema o di un organismo di ripristinare l'omeostasi
(equilibrio) del sistema alterata da interventi esterni.
Grazie