Ecologia del Paesaggio - Dipartimento di Scienze Umane per la

Chi sono
Ecologia del Paesaggio
DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELL’AMBIENTE E DEL
TERRITORIO
UNITA’ PER LA CONSERVAZIONE DELLA
BIODIVERSITA’
Dr. Emilio Padoa-Schioppa
www.biodiv.disat. unimib.it
[email protected]
Programma del corso di ecologia del
paesaggio
26 ottobre 13:30/15:30
Lezione (Introduzione all’ecologia del paesaggio)
27 ottobre 13:30/15:30
Lezione (Modelli strutturali del paesaggio)
2 novembre 13:30/15:30
Lezione (Modelli strutturali del paesaggio)
3 novembre 13:30/15:30
9 novembre 13:30/15:30
Lezione (Paesaggi vegetali ed ecoregioni)
10 novembre 13:30/15:30
SEM dr. F. Ficetola “Frammentazione del paesaggio
e anfibi”
Lezione (Principi per una pianificazione ecologica )
15 novembre 13:30/15:30
SEM. prof. J. Ott “Reti ecologiche in Germania”
16 novembre 13:30/15:30
Lezione (Macchie)
17 novembre 13:30/15:30
Lezione (Corridoi 1)
Programma del corso di ecologia del
paesaggio
ESERCITAZIONI (18 ore)
Data/date da concordare
assieme
Esercitazione: Uscita su campo
CLASSIFICAZIONE DEGLI HABITAT –
APPROCCIO BIOHAB
Programma del corso di ecologia del
paesaggio
22 novembre 13:30/15:30
Lezione (Corridoi 2)
23 novembre 13:30/15:30
Lezione (Matrice)
24 novembre 13:30/15:30
Lezione (Dinamica dei sistemi paesistici)
29 novembre 13:30/15:30
Lezione (Modelli di paesaggio)
1 dicembre 13:30/15:30
Lezione (Legislazione e conservazione del paesaggio)
6 dicembre 13:30/15:30
SEM dr. Francesco Ficetola
13 dicembre 13:30/15:30
SEM dr. Riccardo Santolini
15 dicembre 13:30/15:30
SEM Arch. Gibelli
20 dicembre 13:30/15:30
SEM prof. Almo Farina “Ecofield”
22 dicembre 13:30/15:30
SEM. prof. Vittorio Ingegnoli: “Ecotessuto”
Obbiettivi del corso
• Conoscere i principi basilari dell’ecologia del
paesaggio
• Orientarsi tra le diverse scuole di ecologia del
paesaggio
• Comprendere
le
nozioni
necessarie
per
la
pianificazione ecologica del paesaggio
• Conoscere i principali sistemi paesistici italiani
Come prepararsi
• Articoli (forniti dal docente)
• Libri di testo
1
Libri di testo
Dramstad, Olson, Forman
Landscapes Ecology Principles
in Land Architecture and
Land-Use Planning
Libri di testo
G. Bailey,
Ecoregion-Based Design
for Sustainability –
Springer
Island Press
Libri di testo
Forman
Land Mosaics. The ecology
of landscapes and regions
Cambridge University Press
Che cos’è l’ecologia del
paesaggio?
Che cosa si intende con la parola
paesaggio?
Altri libri
Giglio Ingegnoli, 2005 Ecologia del
paesaggio ed. Simone
•Ingegnoli, 2002 Landscape ecology, a widening
foundation Springer
•Farina, 2001 Ecologia del paesaggio UTETLibreria
•Burel & Baudry Ecologie du paysage Tec&Doc
•Ingegnoli, 1993 Fondamenti di ecologia del
paesaggio Cittàstudi Ed.
•Bennet, 1999 Likages in landscapes IUCN
•Peck, 1998 Planning for biodiversity Island Press
•Pignatti, 1994 Ecologia del paesaggio Utet
•Giacomin, 1958 La flora TCI
•Ingegnoli,
Etimologia della parola paesaggio
• Greco moderno: τοπια dal greco antico τοποσ (luogo,
località, regione)
• Lingue sassoni: hanno sempre in comune [inglese Landscape,
tedesco Landschaft, olandese
Landschap, svedese
Landskap] il termine indoeuropeo londh [territorio] al
quale si aggiunge -skipi [sassone antico] sarebbe un
suffisso che indica la qualità o i caratteri associati alla
parola, oppure, secondo altri autori deriva dal greco , col
significato di dominio di o gestione di un territorio. A
partire dal XVI° sec. Landscape è utilizzato per indicare
“un dipinto nel quale vi sia uno scenario naturale di
terraferma”.
2
Etimologia della parola paesaggio
• Lingue neolatine: Sanscrito pac [fissare, impegnare] ⇒
Greco Antico: πήνγυµι [stabilire, piantare] ⇒ Latino: pagus
[confine in pietra fissato nel suolo ma poi nel tardo latino
territorio rurale contrapposto alla città] ⇒ Lingue
neolatine: paesaggio, paysage, paesajo. Il termine
paesaggio viene utilizzato dal XV° sec. per indicare
l’oggetto delle pitture agresti.
• Lingue slave: Sanscrito rāj, rājya [rispettivamente:
sovrano/governatore e regno/ territorio regolato] ⇒
Polacco: Krajobraz [territorio, campagna].
Concetto di paesaggio
•
•
•
•
•
•
•
Paesaggio
Paesaggio
Paesaggio
Paesaggio
Paesaggio
Paesaggio
Paesaggio
scala”
• Paesaggio
biologico
in senso estetico
in senso geografico
in ecologia??
geobotanico
in senso antropocentrica
in senso etologico/comportamentale
in senso “eterogeneo” e “di cambio di
Etimologia della parola paesaggio
Tutto quello indica che col termine paesaggio si
possono considerare non solo i termini visuali/scenici
di un territorio.
In tutte le radici indoeuropee osservate è implicita la
concezione dell’uomo come gestore del territorio.
Che cosa si intende per paesaggio?
• “Lasciati accarezzare dalla brezza, e ascolta il dolce
sciabordio delle onde. Non è il paradiso, ma il paesaggio
che ti attende all’Isola ……… – Catalogo turistico
come completamento dello spettro
Visione esteticamente gradevole
• Le valli alpine rappresentano un esempio di bel
paesaggio per la cultura inglese del XIX° secolo.
Visione esteticamente gradevole
• Nella cultura cinese le formazioni
carbonatiche di Guilin rappresentano il
locus amenus per eccellenza. Quasi tutti i
quadri dei paesaggisti cinesi ritraggono
questo tipo di territorio.
3
Visione esteticamente gradevole
• Per gli aborigeni australiani Ayers Rock è un luogo
sacro e rappresenta la sublime bellezza del
deserto
Paesaggio in senso geografico
Paesaggio glaciale
Paesaggio in senso geografico
Paesaggio desertico
Paesaggio in senso geografico
• Porzione di territorio assoggettata ad un
fenomeno geomorfologico dominante
• “espressione geodinamica integrata di molteplici
componenti naturali e antropici” (Panizza, 1988).
Paesaggio in senso geografico
Paesaggi carsici tropicali
Paesaggio geobotanico
Il paesaggio (vegetale) è formato dall’associazione di
associazioni vegetali.
Dolina, con alcune
caratteristiche associazioni
fitosociologiche
(Biondi, 1996)
4
Paesaggio in senso antropocentrico
Il paesaggio è formato dagli ecosistemi in cui è
presente l’attività antropica.
“L’entità spaziale complessiva dello spazio vissuto
dall’uomo” (K. Troll, 1968).
“I paesaggi riguardano nella totalità entità fisiche,
ecologiche e geografiche che integrano e sono
integrate dalle strutture e dai processi umani e
naturali” (Naveh, 1987).
Paesaggio in senso antropocentrico
Paesaggi urbani
Paesaggio in senso antropocentrico
Paesaggi agricoli
Paesaggio in senso
etologico/comportamentale
• Il paesaggio è la percezione che le
specie hanno del contesto ambientale.
• Evidentemente ogni specie percepisce il contesto
ambientale con una scala spaziale (e temporale)
differente, con delle differenze nella grana e nelle
qualità delle tessere paesistiche: ne consegue che
si può parlare di paesaggio per una formica, per un
serpente, per un’aquila, per l’uomo e ognuno di
questi paesaggi è qualcosa di diverso.
Il paesaggio è la percezione che la
diverse specie hanno del contesto
ambientale
Lince
Tasso
Riccio
5
Paesaggio in senso
etologico/
comportamentale
scoiattolo
moscardino
Idoneità del paesaggio
del territorio milanese
per lo scoiattolo e il
moscardino
Dunque che cos’è il paesaggio in questo
corso?
Paesaggio in senso eterogeneo e di cambioscala
“Il paesaggio è un’area terrestre eterogenea,
composta da un cluster di ecosistemi interagenti e
ripetuti con processi patterns simili in uno spazio
geografico” (Forman e Godron, 1986).
“Il paesaggio è una particolare configurazione di
topografia, copertura della vegetazione, uso del
suolo e patterns insediativi che delimita alcune
coerenze di processi naturali, culturali e di attività”
(Green et al., 1996)
Sistema di ecosistemi
“Un sistema di ecosistemi che si ripete nello spazio con
forme e strutture simili e riconoscibili” (Forman e
Godron, 1986)
“a mosaic where a cluster of local ecosystems is
repeated in similar form over a kilometer wide area (a
specific object with recognizabile boundaries)” (Forman
1995).
“Uno specifico livello dello spettro biologico, tra il
livello di ecocenotopo (ecosistema) e quello di
ecoregione (bioma). La definizione concettuale
corretta sarebbe quella di sistema di ecocenotopi in una
configurazione riconoscibile” (Giglio & Ingegnoli, 2002)
Sistema di ecosistemi
Sistema di ecosistemi
6
Sistema di ecosistemi
Questa sembra essere la concezione più
completa tra quelle esaminate in precedenza.
“Ecology is generally definined as the study of the
interactions
among
organisms
and
their
environment, and landscape is a kilometer wide
mosaic over wich particular local ecosystems and
land-uses recur.These concepts have proven to be
both simple and operationally useful. Thus the
landscape ecology is simply the ecology of
landscapes, and regional ecology is the ecology of
[eco]regions.” (Dramstad, Olson & Forman, 1997).
All’ecologia del paesaggio si interessano
diverse discipline
Scienze agrarie e forestali
Botanica
Ecologia
Economia
Urbanistica
Ecologia del
paesaggio
Etologia
Antropologia
Ne consegue che l’ecologia
del paesaggio è:
Architettura
Sociologia
Storia dell’ecologia del paesaggio
• Dal mondo antico al XIX° secolo
• Von Humboldt e il paesaggio come oggetto di
uno studio scientifico
• Troll e la nascita dell’ecologia del paesaggio
• La fondazione della IALE e l’ecologia del
paesaggio moderna
Geografia
Dal mondo antico al XIX° secolo
• Nell’antichità esisteva la conoscenza della
prospettiva e della dimensione topografica del
territorio (questo aspetto si trova anche in civiltà
non europee).
• Nel XIV° secolo la descrizione dell’ascensione al
monte Ventoux in Provenza da parte del poeta
Petrarca presenta il paesaggio come un insieme
di aspetti estetici, ambientali e antropici.
• Durante il rinascimento i pittori riscoprono in
pieno la prospettiva, e nascono le scuole di
pittura del paesaggio ...
Il paesaggio come oggetto di studio
scientifico
• Lo studioso tedesco Alexander Von Humboldt
nella sua opera Kosmos (1846) definisce il
paesaggio Der Totalcharakter einer Erdgegend
(la totalità dei caratteri di una regione).
• Sulla sua scia le scuole ecologiche russa e
tedesca legano il concetto di paesaggio alla
possibilità di connettere diversi aspetti della
realtà naturale (i.e.
Passarge: fisiologia del
paesaggio).
7
Troll e la nascita dell’ecologia del
paesaggio
• Nel 1939 il geografo botanico tedesco Karl Troll
parla apertamente di ecologia del paesaggio
(analisi di fotografie aeree di zone di margine
dei deserti somali).
• Nonostante il suo approccio innovativo le opere
di Troll rimangono sostanzialmente poco
conosciute.
Anni ‘70
• Negli anni ‘70 l’ecologia classica (accresciutasi
enormemente, grazie alle scuole dei fratelli
Odum e di MacArthur) comincia ad indirizzarsi
verso le problematiche che caratterizzano
l’ecologia del paesaggio (eterogeneità
ambientale, rapporto uomo/sistemi ecologici … 1° testo di Richard Forman, 1979)
• Nel mondo ecologico tedesco (e dell’Europa
orientale) le tesi di Troll vengono riprese e
ampliate
Fondazione della IALE: l’ecologia del
paesaggio moderna
• Nel 1982 viene fondata la IALE (International
Association for Landscape Ecology).
• Nel 1984 viene pubblicato il primo libro di testo
specificamente dedicato all’ecologia del paesaggio:
Naveh & Lieberman, Landscape ecology
• Nel 1986 viene pubblicato il libro di Forman &
Godron Landscape ecology che per 10 anni verrà
considerato il testo fondamentale di ecologia del
paesaggio
• Nel 1987 viene fondata Landscape Ecology (il
principale giornale scientifico -oggi peer reviewed
e con I.F.- che pubblica articoli di ecologia del
paesaggio).
Fondazione della IALE: l’ecologia del
paesaggio moderna
• Oggi la IALE conta circa 1500 soci, 22 sezioni
nazionali (quella italiana, rappresentata dalla SIEP è
una delle prime ad essere istituita,nel 1989)
• Landscape Ecology è un giornale con circa 35 articoli
all’anno, su cui hanno scritto scienziati di circa 40
nazioni diverse.
• In quasi tutti i principali congressi scientifici di
ecologia si parla anche di ecologia del paesaggio
L’ecologia del paesaggio è una scienza
relativamente recente
70
y = 1E-70e 0,0825x
R2 = 0,7259
60
n° articoli
50
40
30
20
10
0
1985
1990
1995
2000
2005
Anno
8
usa
uk
4
3,5
3
2,5
Impact
2
Factor
1,5
1
0,5
0
thai l andi a
svezi a
si ngapor e
r ep. Sl ovacchi a
por togal l o
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messi co
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gi appone
1999
2000
2001
2002
2003
Anno
f r anci a
eti opi a
ecuador
ci na
Landscape ecology
Landscape & urban planning
Ecology
canada
br asi l e
austr i a
ar genti na
af r i ca
0
europei
Autori USA
1,5
2
USA
2,5
3
3,5
4
4,5
Canada
Germania
Geografia
Autori Europa
1
Biologia & ecologia
Autori non
0,5
Scienza applicata
Scienza teorica
Elementi propedeutici all’ecologia del
paesaggio
•
•
•
•
•
•
Concetto di sistema
Principio delle proprietà emergenti
Riduzionismo ed olismo
Strutturazione gerarchica dei sistemi ecologici
Caos, anticaos e sistemi complessi
Stabilità e metastabiità
Studi sistemici
• Lo studio dell’ecologia (e quindi dell’ecologia del
paesaggio) è uno studio sistemico.
• Occorre quindi definire il concetto di sistema,
specificare che cosa si intende per sistema
ecologico e individuare la principali proprietà dei
sistemi ecologici.
9
Definizione di sistema
• Un sistema è costituito da un insieme di parti
interagenti (Pignatti, Trezza, 2000)
Ne consegue:
• Un sistema può essere scomposto in più componenti
(spesso a loro volta considerabili come sistemi o
sottosistemi).
• A livello del sistema vi sono proprietà nuove, non
deducibili dai sottosistemi, derivanti dall’interazione
delle parti. Non sono prevedibili in funzione delle
proprietà delle singole parti.
•Proprietà collettive o insiemistiche : sono deducibili
dalla somma o composizione delle proprietà delle
singole componenti del sistema. Sono prevedibili
conoscendo le singole parti. Tendono a ridurre la loro
variabilità con l’aumentare delle dimensioni del
sistema
Definizione di sistema
OGNI PORZIONE DELL’UNIVERSO PUO’ ESSERE
INTERPRETATA
COME
UN
SISTEMA,
MA
OCCORRE CONSIDERARE CHE UN SISTEMA
RIMANE
COMUNQUE
UN
MODO
DI
INTERPRETAZIONE
DELLA
REALTA’,
CONSEGUENTEMENTE E’ ARBITRARIO
Definizione di sistema
• Un sistema è costituito da un insieme di parti
interagenti (Pignatti, Trezza, 2000)
Elemento
Elemento
Elemento
Elemento
Elemento
Elemento
Sottosistema
Elemento
Sistema
Teoria dei sistemi
I sistemi possono essere suddivisi in:
• Sistemi isolati – senza scambi con
l’esterno
• Sistemi chiusi – con scambi di energia
ma non di materia
• Sistemi aperti – con scambi di energia e
di materia
Materia
Materia
Energia
Entropia
Sistemi isolati
Sistemi isolati – senza scambi con l’esterno
•
I classici sistemi dei cicli termodinamici.
Materia
Energia
Entropia
Energia
Entropia
Sistemi
chiusi
Sistemi chiusi – con scambi di energia ma non di
materia
•
L’esperimento BIOSPHERE II° della NASA (una
grande sfera di vetro, nella quale erano state
inserite piante, animali, acque, atmosfera, in modo
da riprodurre l’ambiente terrestre: una volta
approntata l’unico scambio con l’esterno era di
energia luminosa e termica).
N.B. I sistemi chiusi possono considerarsi un caso limite
dei sistemi aperti
10
Complessità di un sistema
Sistemi aperti
Sistemi aperti – con scambi di energia e di
materia
•
Ogni sistema biologico: i.e. una pianta
riceve energia solare (che convertirà in
energia chimica tramite la fotosintesi) e
materia (sostanze chimiche dal terreno)
Un sistema si può definire complesso se:
1. è costituito da un elevato numero
componenti
di
soglia numerica
2. la dominanza sulla gestione dei processi è
sufficientemente ripartita tra le diverse
componenti
soglia strutturale
3. le diverse componenti interagiscono tra di loro
e sono legate da processi omeostatici o di
feed- back
soglia funzionale
4. in molti casi sono presenti tutte e tre le soglie
Sistemi complessi auto-organizzati
Conseguenze
Conseguenze
(mondo reale)
Descrizione, predizione,
comportamento
(mondo reale)
Dati presenti
Svolgimento
Sistemi complessi auto-organizzati: lavare la
biancheria in lavatrice
(la vostra maglia si è ristretta del 50%)
Effetto selettivo sulla
vitalità di uno schema e
sulla competizione tra
schemi
Schema che compendia ed è in grado di fare
predizioni
(una delle molte varianti in competizione fra loro)
Comportamento
(lavate la maglia assieme alla biancheria )
Dati presenti:
Nuova maglia di cotone
indiano non trattato
Stabilità nei sistemi meccanici
Aereo: l’obbiettivo principale di chi conduce un aereo di
linea è quello di trasportare, in condizioni di sicurezza e
relativo confort i passeggeri da un aeroporto all’altro. Per
mantenere l’aereo in aria, anche in presenza di imprevisti
(turbolenze e/o guasti) si possono utilizzare 2 meccanismi:
Feed-back Qualora vi sia una turbolenza l’aereo viene
pilotato al di sopra della zona di turbolenza (se
questo è possibile)
Ridondanza Qualora un componente dell’aereo si guasti (ad
esempio un circuito elettrico che comanda i flap
-appendici che servono ad aumentare la portanza
del veivolo nelle fasi più lente del volo- dell’ala)
ne subentra un altro (per certe componenti si
arriva ad avere fino a 4 ridondanze
Svolgimento
Schema: i Jeans chiari possono essere lavati
assieme alle calze di spugna grige
Identificazione di regolarità separare
i colori e i tessuti in bucati diversi
Identificazione di regolarità e
compressione
Dati precedenti,
compresi il comportamento
e i suoi effetti
Effetto selettivo : in
futuro laverete in acqua
fredda il cotone non
trattato
Dati precedenti:
Conoscenza del funzionamento della lavatrice e delle
caratteristiche della biancheria che usate quotidianamente
Stabilità nei sistemi ecologici
Feed-back
Ridondanza
Qualora vi sia un eccesso di predazione il
numero di prede diminuirà drasticamente e
successivamente diminuirà il numero di
predatori
In un bosco vi sono diversi organismi
incaricati di produrre ossigeno: se anche un
epidemia colpisse una specie di albero le altre
potrebbero supplire e sostituire la specie
colpita
11
Stabilità nei sistemi ecologici
Ridondanza
1a
Feed-back
1
1b
1c
La componente 2
esercita
un controllo sulla
componente 1
mantenendo
la condizione di stato
stazionario
(Es.: predapredatore)
Prestazione
2
Le tre componenti 1a,
1b, 1c,
svolgono lo stesso ruolo
Risposta
nel
effettiva
sistema. Il danno ad una
di
Risposta senza controllo esse non compromette il
funzionamento
complessivo (Es.: diverse
specie di
Tempo
produttori)
Perturbazione
Resistenza e resilienza
Misura della
resitenza
• Resistenza: capacità del sistema di opporsi a
cambiamenti.
• Omeostasi: permanenza del sistema in condizioni
immutate.
• Resilienza: capacità del sistema di tornare alla
condizione iniziale.
• Omeoresi: capacità del sistema di mantenere un
flusso dinamico.
Equilibrio ecologico
• Ogni equilibrio ecologico è necessariamente
dinamico, essendo la risultante statistica di
un’enorme numero di componenti che cambiano
qualitativamente e quantitativamente nel tempo.
Perturbazione
Funzione ecologica
Resistenza e resilienza
• Questa è una situazione del tutto diversa da
quella dell’equilibrio chimico in cui, a P e T
determinata, il prodotto delle concentrazioni dei
prodotti diviso quello dei reagenti da un valore
costante
Misura della
resilienza
Tempo
Proprietà emergenti
Ad ogni livello di organizzazione della vita
emergono proprietà che non sono definibili con la
semplice somma (o la media) delle proprietà dei
livelli inferiori.
Proprietà emergenti
Esempio 1: le spugne (Parazoa - Porifera): animali privi di
sistema nervoso, apparentemente un aggregato casuale di
cellule. In realtà le forme di questi animali derivano da
interazioni reciproche tra le singole cellule.
E’ possibile distruggere la spugna, e separare e filtrare le
singole cellule, poi mettendo le cellule in un bicchiere
d’acqua e lasciandole interagire tra loro la spugna si
riforma, esattamente come prima.
Le singole cellule, che sembrano entità indipendenti quando
sono disaggregate, da aggregate formano una colonia che
noi chiamiamo spugna.
12
Proprietà emergenti
Ad ogni livello di organizzazione della vita
emergono proprietà che non sono definibili con la
semplice somma delle proprietà dei livelli inferiori
Proprietà emergenti
Ad ogni livello di organizzazione della vita emergono
proprietà che non sono definibili con la semplice
somma delle proprietà dei livelli inferiori
Campo
di mais
Cellule epatiche
Risaia
Marcita
Fosso
Stagno
Macchia
boscata
Filare Pioppeto Villaggio
Paesaggio agricolo
della Bassa
pianura
Fegato
Proprietà emergenti
Il principio vale anche nelle società umane: in una cordata
alpinistica i limiti della cordata coincidono con i limiti
dell’elemento più debole (non sono la media della cordata).
Nei sistemi umani il costo ecologico viene comunque
determinato dall’elemento meno efficiente (e non dalla
media degli elementi).
Ne consegue che spesso si sottovaluta la stupidità umana
come grande agente motore degli eventi del mondo (n.b.
leggere con attenzione il saggio di Cipolla sulla stupidità e
applicare sempre la teoria del rasoio di Hanlon «Non
Riduzionismo ed olismo,
•Approccio
riduzionista:
un
sistema
viene
suddiviso in più sottosistemi, fino a scomporlo ai
minimi termini; le proprietà che sono a questo
punto osservabili vengono estese ai livelli
superiori.
•Approccio olistico: un sistema viene studiato
definendone le proprietà collettive, e solo in
seguito ne vengono studiati i singoli componenti.
attribuire a consapevole malvagità ciò che può essere
adeguatamente spiegato come stupidità».
Approccio riduzionistico:
“Come potrebbe un ingegnere marziano capire il funzionamento
di un calcolatore terrestre se rifiutasse per principio di
smontare i componenti elettronici di base che effettuano le
operazioni dell’algebra proposizionale?” (J. Monod)
Riduzionismo ed olismo:
necessità di integrazione
IN REALTÀ I DUE APPROCCI SONO
INTEGRATI E COMPLEMENTARI:
Attraverso uno sguardo olista è possibile
comprendere il contesto del fenomeno studiato,
e attraverso un’approccio riduzionista si
conoscono i dettagli e i componenti del
fenomeno in oggetto
13
Approccio gerarchico
DIMENSIONI
LIVELLO SUPERIORE
(condizioni e significato)
LIVELLO
DI INTERSESSE
VELOCITA’
LIVELLO INFERIORE
(componenti e spiegazione)
Approccio gerarchico
L’approccio gerarchico comporta che ogni volta che si
studia un sistema ecologico si devono considerare
anche il livello superiore e quello inferiore.
Ad esempio si immagini di
dover rinaturare un biotopo
umido (una cava di pianura,
con alcuni ettari di terreno
agricolo limitrofo)
Il livello superiore (il sistema paesistico della pianura
Padana) fornirà i vincoli al sistema (ad esempio i fattori
climatici), mentre i livelli inferiori (i diversi ecosistemi che
andranno a comporre l’area rinaturata) fornirà i
componenti e la spiegazione dei processi che avverranno
(quali specie ed ecosistemi vi sono, la funzione che
svolgono …)
“Il battito delle ali di una farfalla in Brasile
genera un ciclone a New York” (Lorenz, 1963)
LARGE SCALE
LA TEORIA DEL CAOS
E LE SORPRESE AMBIENTALI
LARGE CONTEXT
LEVEL OF
CONSTANCY
SHORT TERM
DYNAMICS
SMALL SCALE
Sorprese ambientali
Come avvengono discontinutà e sinergismi
•Un sinergismo produce una discontinuità
(laghi del Canada)
•Una discontinuità produce un sinergismo
(pesticidi contro il moscerino della patata dolce in Sud
America)
•Feedback positivo che produce una discontinuità
(scioglimento della calotta artica)
•Effetto a cascata
(pressione di pesca al largo dell’Alaska)
Sorprese ambientali
•Discontinuità: improvviso cambiamento in un trend o in
una situazione di stabilità. La velocità della perturbazione
può sfuggire alla percezione umana, va rapportata alla scala
temporale del processo coinvolto. Es.: sovrasfruttamento
delle risorse ittiche.
•Sinergismo: cambiamento dovuto all’interazione di alcuni
fenomeni. L’effetto che ne deriva è molto più grande di
quanto ci si aspetterebbe dalla somma di ogni singolo
fenomeno. Es.: alluvione in Cina del fiume Yangtze.
•Trend:
tendenza
che
sfugge
alla
percezione
dell’osservatore. Es.: l’invasione di una specie alloctona.
14
Sinergismo produce discontinuità
Discontinuità produce sinergismo
Laghi del Canada
In Canada Orientale una lieve siccità a lungo termine ha
ridotto l’apporto di acqua ad alcuni laghi della regione. La
debole corrente degli affluenti ha provocato anche una
diminuzione dei detriti organici nei corpi lacuali,
determinandone un aumento della trasparenza. La maggior
limpidezza dell’acqua, concomitante con la distruzione
dello strato di ozono, ha consolidato il potere di
penetrazione della radiazione ultravioletta, al punto che
se prima della perturbazione la radiazione UV si
diffondeva solo per i primi 20-30 cm d’acqua ora scende
a 1.50 m. Le piogge acide potrebbero enfatizzare il
problema fino a 3 m. di profondità. Le radiazioni UV sono
dannose per gli organismi acquatici.
Pesticidi in SudAmerica
L’uso di pesticidi contro il moscerino della patata fu
responsabile di una enorme discontinuità: quando negli anni
‘80 si sviluppò un ceppo resistente ai pesticidi, vi fu
un’esplosione
demografica
di
questo
dittero.
In
SudAmerica i ceppi resistenti diventarono portatori di
varie malattie di origine virale delle piante, dando luogo a
un sinergismo. La combinazione moscerino-virus costrinse
all’abbandono oltre 1.000.000 di ettari di terre agricole
Feed-back positivo
Effetto a cascata
Calotta artica
Il riscaldamento globale sembra far ritirare i banchi di
ghiaccio, che oltre ad essere diminuiti del 5% in termine
di superficie rispetto al 1996 hanno anche uno spessore
minore. Il ghiaccio assorbe meno della metà della
radiazione luminosa che lo investe, mentre l’oceano aperto
assorbe circa il 90%. Così man mano che il ghiaccio
diminuisce, gli oceani si scaldano più velocemente,
accelerando l’ulteriore scioglimento dei
ghiacci. Se la
calotta ghiacciata continua a sciogliersi si profila una
grave discontinuità: un Mare Artico privo di ghiaccio
(almeno in larga parte) durante l’estate, con l’effetto di
rendere più rapido ancore il riscaldamento degli oceani.
Costa Alaska
Nelle acque al largo della costa dell’Alaska il declino della
fauna ittica (ad esempio l’aringa) esercita una pressione
sulle popolazioni dei predatori come il leone marino e la
foca. Le orche, che normalmente predano leoni marini e
foche, hanno dovuto ripiegare sulle lontre marine,
portando al collasso le loro popolazioni. La decimazione
delle lontre ha provocato l’esplosione delle popolazioni
della loro preda preferita: i ricci di mare. Questi, a loro
volta hanno demolito i substrati vegetali di cui si nutrono,
mettendo a rischio un largo numero di specie di
invertebrati, pesci, uccelli e mammiferi marini.
Discontinuità, effetto a cascata e
sinergismo
Encefaliti umane in Malaysia
Tra il 1998 e il 1999 il virus Henipavirus ha causato in
Malaysia la morte di circa 100 persone.
Dopo i grandi incendi che hanno bruciato le foreste
dell’Indonesia tra il 1997 e il 1998 numerosi pipistrelli
(volpi volanti del genere Pteropus) si sono spostate in
Malesia, dove hanno trovato un ambiente forestale
modificato dall’uomo: allevamenti zootecnici e coltivazioni
arboree. In queste circostanze le deiezioni dei pipistrelli
hanno trasmesso il virus agli animali domestici e poi
all’uomo.
Ai margini del caos: comportamento di
una rete booleana
Immaginiamo un sistema autocatalitico
come una rete elettrica composta da tre
lampadine il cui stato può essere:
1) attivo
2) inattivo
Lo stato di ogni lampadina dipende dagli
input provenienti dalle altre due
15
Lampadina 1: regola AND
Lampadina 2: regola OR
(perché sia attiva devono essere attive sia la 2 che la 3)
(perché sia attiva devono essere attive o la 1 o la 3)
1
1
1
1
1
2
3
2
3
2
3
2
2
3
2
T+1
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Questo genere di studi e di simulazioni mostra come
da strutture apparentemente caotiche possano
emergere sistemi ordinati.
Evidentemente nella realtà vi sono sistemi ben più
complessi di quello descritto nell’esempio
precedente, ma questo tipo di sistema (ordine dal
caos) è stato osservato in vari casi (i.e. geometria di
uno stormo di uccelli … ).
2
1
3
T
3
3
2
Lampadina 3: regola OR
1
Posta la funzione AND alla
lampadina 1 e quella OR alle
lampadine 2 e 3 si immagini che
ad ogni battito di orologio ogni
lampadina esamini lo stato delle
altre due lampadine e adotti lo
stato
attivo
o
inattivo
conseguente.
Nella colonna T si osservano gli
otto
stati
teoricamente
ottenibili. Nella colonna T+1 si
vede come ogni riga si comporta
al tempo T+1
1
1
3
3
1
2
1
3
2
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
3
2
3
2
In breve si creano dei
cicli chiusi
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Stabilità e metastabilità
• In generale un sistema ecologico viene considerato
stabile come un sistema meccanicistico.
• In realtà sembra essere più corretta l’espressione
di metastabilità, cioè la possibilità che un sistema
oscilli attorno ad una posizione centrale, ma possa
essere spostato verso altri attrattori.
Cfr. Kaufmann At home in the universe. Oxford University Press
Energia
potenziale del
sistema
16
Cicli adattativi nei sistemi naturali e
in quelli socio-economici
Ciclo adattativo
• Il sistema alterna periodi lenti di accumulo a
trasformazioni veloci e fasi di riorganizzazione.
• r – sfruttamento
• K – conservazione
• Ω – rilascio
• α – riorganizzazione
• Il capitale potenziale (biomassa, energia, capitale
economico) che è disponibile per cambiamenti
futuri.
• La connettività del sistema, intesa come la
possibilità di controllo interno del sistema
sistesso, attraverso la presenza di variabili, di cicli
di feed-back ecc.
• La capacità adattativa (ossia la resilienza).
Cicli adattativi
• 2 caratteristiche
• Capitale accumulato (biomassa, energia, capitale …)
• Grado di connessione
α riorganizzazione
K conservazione
r sfruttamento
Ω rilascio
Capitale
accumulato
• Osservando la dinamica di un sistema complesso (sia esso un
sistema naturale -i.e. la dinamica di una foresta e di una
popolazione di insetti fitofagi- o un sistema socio-economico
-i.e.lo sviluppo di un’azienda telefonica-) si è spesso
riscontrato un ciclo caratteristico, detto ciclo adattativo.
• Questi cicli si ripetono a scale diverse, in una strutturazione
definita Panarchia (dalle parole greche Pan = Dio della
natura; archos = comando) e secondo gli autori che l’hanno
coniato (Gunderson & Holling, 2002) vuole essere un’antitesi
al termine gerarchia (dove per gerarchia si intende,
letteralmente, regole sacre –non l’approccio gerarchico
appena illustrato-). In altre parole la teoria della Panarchia
vuole essere un inquadramento delle leggi della natura.
Proprietà dei sistemi
Connessione
Aggiungiamo una terza dimensione:
la resilienza
K
Potenziale
Connessione
Resilenza
Alto
Bassa
Alta
Sfruttamento
r
Basso
Bassa
Alta
Conservazione
K
Alto
Alta
Bassa
Rilascio
Basso
Alta
Bassa
Capitale
accumulato
Riorganizzazione
α
α
Ω
Resilienza
r
Ω
Connessione
17
Cicli adattativi: le società telefoniche
Cicli adattativi: foreste
• Competizione aperta tra diversi gruppi, termina con il monopolio
della compagnia Bell Systems.
• La scadenza di alcuni brevetti (nel 1893 e nel 1894) porta a
innovazioni tecnologiche e si interrompe il monopolio.
• La Bell Systems trova la tecnologia (1907) per riprendersi e
ridiviene la società monopolista.
• Nel 1919 una nuova crisi determinata dalle leggi antitrust (e dalla
ventilata nazionalizzazione della compagnia).
• La crisi viene risolta con un monopolio regolato (la società non è
libera di imporre i propri costi) che permane fino agli anni ’80.
• Nel 1982 una sentenza interrompe il monopolio della Bell, e sul
mercato irrompe la AT&T, [che riesce a prosperare grazie alla
correzione di alcuni squilibri del sistema pregresso].
• La Bell Systems si riorganizza per fronteggiare la nuova
situazione
• In una foresta viene accumulato lentamente capitale (nel senso di
biomassa, nutrienti ecc.).
• Man mano che aumenta l’accumulo di biomassa diminuisce la
capacità di ripresa dai disturbi (il sistema è meno resiliente): il
potenziale è alto, ma viene sequestrato e controllato da un minor
numero di specie e la rigidità del sistema diviene maggiore.
• A questo punto agenti di disturbo (vento, fuoco, parassiti, ecc.)
possono portare ad una drastica diminuzione del capitale
accumulato.
• A tale passaggio segue un periodo di riorganizzazione, nel quale
magari nuove specie possono colonizzare il territorio…
• e il ciclo può ricominciare
Foresta del Gariglione, Sila Piccola - Calabria
Foresta del Gariglione, Sila Piccola - Calabria
Foresta del Gariglione, Sila Piccola - Calabria
Fine XIX° Secolo
La foresta viene descritta
come foresta stramatura
Capitale
accumulato
1954
La gestione
della foresta
viene condotta
seguendo
l’obbiettivo di
una struttura
uniforme
K
1927
Viene tagliata la foresta.
80% della biomassa è
perduta
α
Ω
Resilienza
r
Connessione
Inizio XVIII° Secolo
Una foresta matura viene ritenuta troppo remota
per poter essere sfruttata
18
L’ecologia del paesaggio ha contribuito allo
sviluppo teorico (e di conseguenza pratico)
dell’ecologia generale
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Proprietà emergenti
Ad ogni livello di organizzazione della vita emergono
proprietà che non sono definibili con la semplice somma
delle proprietà dei livelli inferiori
Campo
di mais
Risaia
Marcita
Fosso
Stagno
Macchia
boscata
Proprietà emergenti e approccio gerarchico
Limiti spaziali all’ecosistema
Studi su sistemi eterogenei
Ruolo delle scale spaziali e temporali
Studi su sistemi antropizzati
Revisione del concetto di climax
Ruolo dei disturbi
Dinamica delle metapopolazioni
Gestione delle aree protette
Reti ecologiche
Approccio gerarchico
DIMENSIONI
LIVELLO SUPERIORE
(condizioni e significato)
Filare Pioppeto Villaggio
LIVELLO
DI INTERSESSE
Paesaggio agricolo
della Bassa
pianura
VELOCITA’
LIVELLO INFERIORE
(componenti e spiegazione)
19
Limiti spaziali all’ecosistema
Limiti spaziali all’ecosistema
• Prima dell’ecologia del paesaggio il concetto di
ecosistema veniva confuso con quello di sistema
ecologico
Ecosistema
“terra”
Ecosistema
“taiga”
• L’inserimento del paesaggio all’interno dello
spettro biologico pone un limite spaziale e
concettuale al termine ecosistema (nel senso di
biogeocenosi) ed evita un sistema complicato di
scatole cinesi.
Ecosistema
“stagno”
Spettro biologico
10
10
9
10
8
10
Biosfera
107
6
10
5
Tempo [anni]
10
4
Livello dello spettro
biologico
Organismo
Scale spaziali e
temporali
S = 10-2 – 10-4 m2
T = 10-3 – 103 anni
Componenti biotiche e
componenti ambientali
Cellule e tessuti
Spazio vitale
Popolazione
S = 100 – 109 m2
T = 10-1 – 103 anni
Organismi
Habitat minimo vitale
Comunità/Ecosistema
S = 102 – 108 m2
T = 100 – 104 anni
Paesaggio
S = 106 – 1010 m2
T = 102 – 105 anni
Specie e interfaccia
abiotica
Sito
Comunità/ecosistemi
Territorio
Ecoregione (bioma)
S = 1010– 1012 m2
T = 103 – 106 anni
Paesaggi
Regioni
10
Ecoregione
3
10
2
10
Paesaggio
1
10
Comunità/Ecosistema
-1
10
Popolazione
-2
10
-3
10
Biosfera (Gaia)
Organismo
-2
10
-1
10
1
10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
10
9
10
10
10
11
10
12
10
13
10
13
14
2
S = 10 – 10 m
T = 107 – 109 anni
Ecoregioni
14
10
Spazio [m2]
Spettro biologico
Livello dello spettro
biologico
Organismo
Autoecologia
Popolazione
Ecologia delle
popolazioni
Comunità/Ecosistema
Ecologia delle comunità
e degli ecosistemi
Caratteri esclusivi
Caratteri esportabili
Integrità genetica,
crescita del fenotipo,
autonomia fisiologica,
meabolismo, etologia.
Similarità genetica,
densità ecologica,
struttura e distribuzione
dell’età, crescita
logistica, comportamento
sociale
Dominanza e rarità delle
specie, nicchia, rete
trofica,
speciazione,
competizione …
Struttura, dinamica
riproduzione,mantenimen
to
Capacità portante,
habitat
Spettro biologico
Livello dello spettro
biologico
Paesaggio
Ecologia del paesaggio
Ecoregione (bioma)
Ecogeografia
Ecosfera (Gaia)
Flussi energetici,
biodiversità,
incorporazione dei
disturbi
Ecologia globale
Caratteri esclusivi
Popolazioni permeanti,
dinamica source-sink,
controllo delle
trasformazioni,
Processi biogeografici,
processi geomorfologici
regionali, caratteri
climatici zonali
Equilibrio biologico
dell’atmosfera e degli
oceani, bilancio termico,
tettonica delle placche
Caratteri esportabili
Caratteri di contiguità
spaziale,
condizionamento del
contesto
Caratterizzazione dei
biomi
Cicli biogeochimici, cicli
climatici
20
Studi su sistemi eterogenei
• In passato l’eterogeneità ambientale era vista
come un elemento trascurabile e fuorviante.
• In realtà molte specie animali e vegetali
mostrano una distribuzione dipendente anche
dall’eterogeneità dell’ambiente
Effetto margine: un esempio di eterogeneità a
livello di paesaggio
Specie di uccelli
Dopo
Prima
Aree agricole
Aree agricole
Forest
a
interno
Foresta
Foresta
margine
Processo di frammentazione
Scale spazio -temporali
Margine
EffettiMargini
sulla fauna
Rapporto
- Interno
Interno
350
160
Superficie
N° individui
(ha)
140
300
120
250
100
200
80
150
60
100
40
50
20
0
1 Tessera
4 Tessere
9 Tessere
16 Tessere
Specie di margine Margine
Specie indifferenti
Interno
25 Tessere
Specie di interno
Ruolo delle scale
spazio-temporali
• I problemi derivanti dalle
ambiguità del concetto di
ecosistema e la stessa
varietà di scale presenti nei
paesaggi hanno spinto molti
ricercatori a valutare il
rapporto tra area e n° di
specie.
21
Studi su sistemi antropizzati
• In passato si
consideravano
meritevoli di
studio solo i siti
privi della
presenza
antropica.
• In effetti ne
esistono ancora?
Ruolo dei disturbi
Climax e ecologia
I cicli adattativi e le panarchie mostrano che
considerare che in una data regione la totalità
della vegetazione debba tendere a un preciso
stadio climacico, rappresentante la massima
stabilità possibile è scorretto.
Applicazioni pratiche: incendi nel Parco
di Yellowstone
Lo studio dei disturbi ha aperto nuove frontiere
nell’ecologia.
• Che ruolo hanno i disturbi nelle successioni
ecologiche?
• Quale è la stabilità in ecologia?
• Che misure pratiche è necessario adottare nella
conservazione delle aree protette?
Metapopolazioni
• Lo studio delle
metapopolazioni è
strettamente legato allo
studio del paesaggio
22
Gestione delle aree protette
Reti ecologiche
Core-areas internazionali
Intensificazione del livello di protezione
Intensificazione del livello di antropizzazione
Zone tampone internazionali
Core-areas nazionali
Zone tampone nazionali
Corridoi ecologici internazionali
Corridoi ecologici nazionali
Direzione delle connessioni
ecologiche
Fiumi e laghi
Confini statali
Area interessata
Alcuni articoli di approfondimento
Panarchie
Nuclei funzionali
• Holling, 2001 Understanding the Complexity of Economic,
Ecological and Social Systems. Ecosystems 4: 390-405
• Holling, 2004 From Complex regions to complex worlds,
Ecology and Society 9(1):11 [online]
Corridoio di connessione
Sorprese ambientali
Stepping stones
• Capitolo 2 State of the World anno 2000
• Bienen, 2004 Bats suspected in disease outbreak
Zone tampone
Corridoio di biodiversità
(corridoio diffuso)
Frontiers in Ecology
Proprietà innovative dell’ecologia del paesaggio
• Padoa-Schioppa, 2005 Landscape Ecology: una strategia
‘locale’ per la tutela dell’integrità ambientale (in press)
23