UNIVERSITATEA DE TIINE AGRICOLE I MEDICIN VETERINAR CLUJ NAPOCA

Conf. univ. dr. Aurel MAXIM

ECOLOGIE Curs pentru uzul studenilor de la

Facultatea de tiina i Tehnologia Alimentelor

ACADEMICPRESCLUJ-NAPOCA 2014/2015

2

CUPRINS pag.

PARTEA I NOIUNI DE ECOLOGIE GENERAL

Capitolul 1. INTRODUCERE................................................................................... 4 1.1. Definiii i istoric 4 1.2. Dezvoltarea ecologiei n ara noastr...................................................... 4 Capitolul 2. SISTEME BIOLOGICE.................................................................................... 5 2.1. Semnificaia conceptului de sistem n ecologie.. 5 2.2. Clasificarea sistemelor 5 2.3. Sisteme studiate de ecologie....................................................................... 5 Capitolul 3. FACTORII ECOLOGICI...................................................................................... 6 3.1. Factorii abiotici......................................................................................................... 6 3.1.1. Factorii climatici.................................................................. 6 3.1.2. Factorii geografici (orografici)............................................. 8 3.1.3. Factorii mecanici.................................................................. 9 3.1.4. Factorii edafici. 9 3.2. Factorii biotici................................................................................... 10 Capitolul 4. STRUCTURA ECOSISTEMELOR.................................................... 12 4.1. Structura trofic a ecosistemului............................................................. 12 4.2. Structura biochimic a ecosistemelor...................................................... 15 Capitolul 5. FUNCIILE ECOSISTEMULUI........................................................ 16 5.1. Funcia energetic... 16 5.2. Funcia de circulaie................................................................................ 20 5.2.1. Circuitul carbonului 21 5.2.2. Circuitul azotului n natur 22 5.2.3. Circuitul fosforului 24 5.2.4. Circuitul apei n natur.. 25 5.3. Funcia de autoreglare a ecosistemelor.................................................... 26

PARTEA a II a ECOLOGIE AGRICOL

Capitolul 6. NOIUNI GENERALE PRIVIND AGROECOSISTEMELE...................... 28 6.1. Definiie i istoric......................................................................................................... 28 6.2. Specificitatea ecosistemelor agricole...................................................... 28 6.3. Clasificarea energetic a ecosistemelor agricole..................................... 29 6.4. Ecosistemele agricole i alimentaia omenirii......................................... 30 Capitolul 7. SISTEME DE AGRICULTUR......................................................................... 33 7.1. Sisteme de agricultur tradiional.......................................................... 33 7.2. Sisteme de agricultur modern.............................................................. 34 7.2.1. Sisteme de agricultur industrializat........................................ 34 7.2.2. Sisteme de agricultur durabil.................................................. 36 7.2.2.1. Sisteme de agricultur integrat.............................................. 37 7.2.2.2. Sisteme de agricultur ecologice 39

PARTEA a III-a DETERIORAREA SI PROTECIA MEDIULUI

Capitolul 8. DETERIORAREA ECOSISTEMELOR PRIN POLUARE........................ 8.1. Poluant. Poluare. Substane poluante 43 8.2. Clasificarea polurii.................................................................... 43 8.3. Poluarea aerului.......................................................................... 44 8.3.1. Poluanii gazoi............................................................... 44

3

8.3.2. Ploile acide...................................................................... 45 8.3.3. Deteriorarea stratului de ozon.. 46 8.3.4. Efectul de ser i schimbrile climatice globale. 47 8.4. Poluarea apei............................................................................... 50 8.4.1. Consumatorii de ap i sursele de poluare a apei.............. 50 8.4.2. Principalii poluani ai apelor............................................ 50 8.4.3. Poluarea apei prin produsele utilizate n agricultur......... 51 8.4.4. Eutrofizarea apelor.......................................................... 51 8.4.5. Prevenirea i combaterea polurii apei............................. 52 8.5. Poluarea solului........................................................................... 53 8.5.1. Poluarea cu ngrminte chimice.................................... 53 8.5.2. Poluarea cu pesticide 54 8.5.3. Alte surse de poluare a solului. 54 Capitolul 9. GESTIUNEA DEEURILOR.............................................................. 55 9.1. Clasificarea deeurilor... 55 9.2. Gestiunea deeurilor .. 55 9.2.1. Depozitarea deeurilor..................................................... 55 9.2.2. Metode de tratare a deeurilor.......................................... 56 Capitolul 10. BIODIVERSITATEA I CONSERVAREA BIODIVERSITII.. 58 10.1. Biodiversitatea o problem global. 58 10.2. Valoarea biodiversitii... 59 10.3. Tipuri de biodiversitate 61 10.4. Ameninri pentru diversitatea biologic 62 10.5. Conservarea biodiversitii.. 65 Capitolul 11. AGROBIODIVERSITATEA I CONSERVAREA AGROBIODIVERSITII................................................................

68

Capitolul 12. ORGANISMELE MODIFICATE GENETIC I RISCURILE ASUPRA MEDIULUI AMBIANT.....................

80

PARTEA a IV-a ELEMENTE DE ECOLOGIE UMAN

Capitolul 13. ECOSISTEMELE UMANE....................................................... 92 13.1 Istoricul activitii antropice asupra mediului natural...................... 92 13.2. Structura, caracteristicile i organizarea ecosistemelor antropizate......... 93 13.3 Explozia demografic i consecinele sale.............................................. 94 13.4. Resursele naturale ale Planetei i msuri de utilizare raional a lor....... 99 13.4.1. Resurse naturale epuizabile........................................................ 99 13.4.2. Surse de energie regenerabil....................................................... 100 Capitolul 14. ETIC ECOLOGIC............................................................... 102

4

PARTEA I NOIUNI DE ECOLOGIE GENERAL

Capitolul 1 INTRODUCERE

1.1 Definiii i istoric

Ecologia s-a nscut ca o ramur a biologiei i ea a rmas mult vreme ca o tiin pur teoretic, pn la jumtatea secolului XX cnd specialitii din diverse domenii nvecinate (meteorologi, hidrologi, medici) au remarcat c societatea industrial se confrunt cu probleme ce se regsesc n principiile ecologiei.

Denumirea termenului si conceptului de ecologie aparin savantului german Ernst Haeckel (1834-1919), discipolul lui Darwin care, n anul 1866, introduce termenul de ecologie, definind-o ca tiin a relaiilor organismelor vii cu mediul lor ambiant, att organic ct i anorganic. Din punct de vedere etimolologic, n limba greac, oicos = cas, gospodrie i logos = cuvnt sau, n accepiunea modern - tiin; deci, ecologia ar vrea s nsemne tiina despre gospodrirea naturii.

Apariia i amplificarea polurilor, dispariia unor specii, schimbrile climatice globale s.a., au fost semnele evidente ale unei crize ecologice profunde. Concluzia relevat de ecologie este c omul nu poate s acioneze la nesfrit asupra mediului su fr a pune n pericol ruperea echilibrelor ecologice eseniale. Pe aceast cale s-a impus o alt noiune - problem cheie a lumii contemporane: protecia mediului care const n ansamblul de reglementri, msuri, aciuni care au ca scop meninerea i protejarea condiiilor naturale mpotriva degradrii.

n societatea contemporan, problemele de ecologie este bine s fie tratate mpreun cu cele de protecia mediului. n felul acesta poate fi mobilizat o parte mai important din opinia public n activitile de protecia mediului ambiant, sub egida unei tiine (ecologie) i a unor oameni de tiin.

Ecologia este solicitat n elaborarea msurilor de protecie a mediului nconjurtor. Aceste dou domenii se ntreptrund ns este eronat sinonimia ecologie - protecia mediului.

Nu trebuie confundat ecologia cu ecologismul, nici ecologii cu ecologitii. Ecologia a fost definit mai sus. Cei care studiaz aceast tiin se numesc ecologi. O alt abordare se refer la ecologie ca atitudine fa de relaiile dintre om i mediu i poart numele de ecologism. Militanii implicai n micrile ecologiste ale verzilor ct i cei care fac politic ecologist se numesc ecologiti.

1.2 Dezvoltarea ecologiei n ara noastr

Faptul ca Grigore Antipa (1867-1944) a fost elevul si asistentul lui E. Haeckel a facilitat patrunderea principiilor ecologice in tara noastra.

Dintre continuatorii lui Antipa, amintim pe acad.M.Bcescu, acad. N.Botnariuc, care are cercetri viznd limnologia (ecologia apelor continentale) i anume ecologia unor bli din lunca inundabil a Dunrii inferioare.

O alt personalitate deosebit a fost Emil Racovi, care a dezvoltat teoriile lui Darwin privind lupta pentru existen, artnd c aceasta nu are tendina de a produce modificri adnci, ci are ca rezultat meninerea unui echilibru biologic. El este considerat de fapt, printele biospeologiei.

Al. Borza s-a preocupat de ecologia plantelor, Traian Svulescu a avut preocupri privind interaciunile dintre plantele terestre i fungi, iar A.Popovici-Bznoeanu.

Dintre specialitii romni care au contribuit i contribuie prin lucrrile lor la cunoaterea i dezvoltarea ecologiei agricole, menionm: Ioan Puia de la USAMV Cluj-Napoca, B.Stugren.

Desigur, numrul oamenilor de tiin romni care au abordat probleme de ecologie este mult mai mare iar aria preocuprilor extrem de divers, demonstrnd interesul integrrii n circuitul tiinific mondial.

5

Capitolul 2 SISTEME BIOLOGICE

2.1 Semnificaia conceptului de sistem n ecologie.

i substana vie, ca ntregul univers, este organizat n sisteme. Conceptul de sistem reprezint ansamblul de elemente, identice sau diferite, aflate n

interaciune, constituind un ntreg organizat. Exemple: sistemul solar, organismul viu, sistemul de lucrare a solului etc.

Elementele care compun sistemul pot fi obiecte (exemplu: planetele n sistemul solar), fenomene, simboluri, elemente tehnologice.

In sistemul biologic elementele componente ale sistemului sunt: atomii, moleculele, celulele, esuturile, organele, organismele, populaiile etc.

Conform concepiei sistemice, ntreaga materie vie sau nevie, este organizat n sisteme ierarhizate i n interaciune: orice sistem este alctuit din subsisteme i, la rndul su, este o parte (un subsistem) n cadrul unui sistem mai cuprinztor.

2.2 Clasificarea sistemelor

In univers materia apare sub forma de substan si energie. Substana este alctuit din molecule i atomi fiind n acelai timp i purttorul material al

energiei. Toate sistemele sunt grupate n 3 clase dup comportarea lor n schimbul de substan i energie

cu mediul. Sistemele izolate nu schimb cu mediul materie nici sub forma de substan i nici sub form de

energie. Sunt sisteme realizate numai teoretic pentru experiene conceptuale asupra transformrilor fizice ale materiei n condiii de stare neinfluenat prin variaiile mediului.

La sistemele izolate, energia total a sistemului reprezint o valoare constant. Starea de invariabilitate cea mai probabil a unui asemenea sistem se realizeaz cu valoare maxim a entropiei. Ex.: o fiol nchis ermetic i introdus ntr-un bloc de plumb cu perei foarte groi.

Sistemele nchise schimb cu mediul materie numai sub form de energie. De exemplu: un vas cu ap, nchis ermetic, cedeaz sau primete cldura mediului nconjurtor. n natur nu se gsesc sisteme absolut nchise.

Sisteme deschise schimb cu mediul materie i sub forma de energie i sub form de substan. Ecosistemele, de exemplu, un lac de cmpie, un rm de mare, un recif de coralieri, o pdure, sunt sisteme deschise.

2.3 Sisteme studiate de ecologie

Orice sistem este alctuit din subsisteme i face parte dintr-un sistem mai vast. Dintre sistemele studiate de ecologie menionm:

Organismul sau individul care reprezint un mod fundamental de organizare a materiei vii si are ca lege specific METABOLISMUL (anabolism i catabolism), functie esenial a indivizilor.

Populaia reprezint totalitatea indivizilor din aceeai specie, care triesc pe un teritoriu bine delimitat si este treapta cea mai simpla de organizare a sistemelor vii supraindividual (merii dintr-o plantatie; toate insectele de Anthonomus pomorum din plantatia respectiv).

Biotopul este locul (spaiul) de trai al unei biocenoze, iar habitatul este mediul de trai al speciei (populaiilor i chiar al organismului individual).

Termenul de biocenoz reprezint un sistem (grupare) de indivizi biologici din diferite specii ataai unui anumit biotop. Exemplu de biocenoz ntr-o plantatie de mr: populaie de meri, o populatie de A. pomorum (grgria florilor de mr), o populatie de V. inaequalis (rapn), o populatie de Sonchus arvensis (buruian anual) etc. Toate acestea alctuiesc biocenoza din livada respectiv.

Un loc central n structura biocenozei l ocupa fitocenoza. Exprimarea unor raporturi cantitative precum i stabilirea relaiilor de grupare dintre speciile

6

unei fitocenoze, poate fi fcut prin folosirea unor indici. Aceti indici pot caracteriza fitocenozele din punct de vedere cantitativ (abundena, dominana, sociabilitatea, frecvena) dar i calitativ (stratificarea, vitalitatea, periodicitatea). Ecosistemul

Ecosistemele sunt uniti funcionale ale biosferei n care viaa i mediul sunt inseparabil reunite ntr-un spaiu restrns. Ecosistemul integreaz ntr-un tot unitar biocenoza (componenta vie) i biotopul (componenta nevie). De exemplu, o pdure, un parc, o cultur agricol sunt ecosisteme alctuite din biocenoz (plantele i animalele) i biotop (spaiul ocupat de biocenozele respective).

Ecosistemul posed o definit structur intern i un ciclu intern al materiei, un ciclu biogeochimic local.

O bltoac temporar cu ap de ploaie n pdure nu este un ecosistem, fiindc nu posed un ciclu biogeochimic propriu ci numai o parte din ciclul biogeochimic local al ecosistemului de pdure. Bltoaca nu este ecosistem deoarece este mpiedicat formarea unor conexiuni stabile ntre vieuitoare i mediu.

Biomul Biomul (ecosistem major) este formaiunea biotic major alctuit din mai multe

ecosisteme cu structur general asemntoare, determinate de zonele latitudinale ale planetei. Noiunea de biom se aplic att la mediile de via terestre ct i la cele acvatice. Biomurile terestre se recunosc mai ales datorit plantelor, corespunznd zonrilor geografice. Exemple de biomuri: biomul deerturilor temperate, biomul deerturilor nivo-glaciare, biomul savanelor, biomul pdurilor de conifere din zona temperat etc.

Biosfera In sens strict biologic biosfera cuprinde numai nveliul vitalizat al Pmntului, adic

numai partea crustei terestre locuit de organisme; altfel spus, biosfera cuprinde totalitatea ecosistemelor de pe Pmnt.

Biosfera se extinde n spaiu pn unde se gsesc substane biogene (materiale rezultate prin activitatea, biogeochimica a organismelor). Ea se intinde civa metri in profunzimea solului si cteva mii de metri n atmosfer, mri si oceane.

Biosfera cuprinde reprezentanii regnului vegetal cu aproximativ 300 mii specii si regnul animal cu aproximativ 1.385.000 specii. In ecologie se utilizeaz tot mai frecvent termenul de ecosfer.

Capitolul 3 FACTORII ECOLOGICI

3.1 Factorii abiotici

Mediul este constituit din anumite componente care acioneaz asupra organismelor, influenndu-le manifestrile vitale.

Aceste componente reprezint factorii de mediu ca, de exemplu, factorii climatici.

3.1.1 Factorii climatici

a.) Temperatura - este unul dintre factorii ecologici principali cu rol limitativ pentru structura biocenozelor, n sensul c, n anumite condiii, la unele organisme, schimburile metabolice aproape nceteaz, spre a fi reluate n condiii favorabile de temperatur i umiditatate. In funcie de cantitatea de cldur ce ajunge pe Pmnt au fost delimitate 3 climate principale: cald, temperat i rece, precum i o zonalitate latitudinal a vegetaiei; - zona pdurilor ecuatoriale, a savanelor i a pustiurilor tropicale, caracteristic zonei calde;

- zona pdurilor cu frunze cztoare, a pdurilor de conifere i a stepelor, rspndite n zona temperat; - zona tundrei polare, specific zonei reci.

7

De asemenea, regimul termic diferit a mai determinat i o zonalitate altitudinal a vegetaiei, pe etaje. De exemplu, n ara noastr au fost delimitate urmtoarele etaje de vegetaie: etajul stejarului (gorunului), etajul fagului, etajul molidului, etajul jneapnului si ienuprului pitic si etajul pajistilor alpine (fig. 1).

Fig. 1 Zonarea i etajarea vegetaiei n Romnia

In funcie de cerinele fa de temperatur ale organismelor exist urmtoarea clasificare: - EURITERME = organisme ce suporta variaii foarte largi de temperatura. Ex. Passer

domesticus (vrabia) care suporta temperaturi ce variaz intre 30 i +37 grade Celsius. - STENOTERME = organisme ce suporta variaii foarte mici de temperatur. Ex. Larvele

de Bombyx mori care se dezvolt ntre 20 si 23 grade Celsius. - MEZOTERME = se dezvolt ntre limite medii de temperatur. In raport cu reaciile de modificare a temperaturii, animalele se grupeaz n dou mari

categorii: - POIKILOTERME = temperatura corpului se modific odat cu variaiile termice ale mediului extern. Exemplu: insectele, plantele, reptilele. - HOMEOTERME = temperatura interna a corpului este constanta indifferent de

modificarile mediului ambient (majoritatea psrilor i mamiferelor). b.) Lumina - acioneaz ca factor ecologic n ecosisteme, ndeplinind funcii

informaionale i energetice. Funcia informaional se refer n special la regnul animal iar cea energetic este folosit

de ctre plante, pentru desfurarea fenomenului de fotosintez. In sens ecologic, radiaia solar reprezint intrarea de energie n fluxul energetic ce

strbate ecosistemele. Comparativ cu ceilali factori ecologici, lumina este distribuit pe glob mult mai egal. In cursul evoluiei lor, plantele s-au adaptat s triasc n diferite condiii de lumin. Din

acest punct de vedere exist 3 categorii de plante: - heliofite, care necesit lumin multa cum ar fi:Agropyron sp., Festuca sp. etc.; - sciofite, de umbr, care prefer lumina mai puin intens, cum sunt: Corydalis sp., Brachypodium silvaticum etc; - helio-sciofite, plante heliofite care pot suport i un oarecare grad de umbr: Cynodon dactylon, Digitaria sanguinalis, Galinsoga parviflora, etc.

La plante, durata perioadei luminoase a zilei influenteaz numeroase procese - ca nflorirea, cderea frunzelor, formarea bulbilor, a tuberculilor. In funcie de durata zilei, unele plante sunt de

8

zi lung (ex. crinul) altele de zi scurt (ex. brndua de toamn, crizantemele). Primele nfloresc primvara i vara (zi lung), ultimele toamna. Efectul informaional cel mai general al luminii, pentru animale, const n perceperea formelor, culorilor, micrilor, distanelor, obiectelor nconjurtoare. Pe aceast baz devine posibil dezvoltarea unei serii ntregi de mijloace de aprare sau de atac la diferite animale. c.) Apa

Pe Pmnt, existena vieii este indisolubil legat de ap care, datorit nsuirilor sale fizice i chimice, reprezint un factor de prim ordin n desfaurarea multor procese biochimice, fiziologice i ecologice eseniale. Aceste nsuiri sunt:

Densitatea. Apa are nsuirea unic de a realiza densitatea maxima la +4 C, n timp ce gheaa are densitatea cu 10% mai mic. Aceste nsuiri au consecine ecologice extrem de importante: gheata plutete pe ap. Dac ea s-ar lsa pe fundul apei, aceasta ar duce la dispariia vieii bentonice i ar scoate din circuit uriae cantiti de ap care s-ar acumula sub form de ghea pe fundul bazinelor, nereuind s se dezghee de la an la an. Densitatea maxim la +4 C face ca, pe fundul celor mai adnci bazine, temperatura s fie n jurul acestei valori, permind existena vieii bentonice.

Cldura specific a apei este mare: pentru nclzirea cu un grad a unui gram de ap este necesar o calorie, ceea ce face ca apa s se nclzeasc i s se rceasc incet. Consecinele ecologice ale acestei insuiri sunt foarte importante. Dat fiind c 2/3 din suprafaa Pmntului sunt acoperite cu ap care are i o mas uria, ea devine un factor moderator al climei globului, atenund oscilaiile de temperatur. Din aceeai cauz n mediul acvatic temperatura are variatii mai moderate dect pe uscat.

Coninutul mare n ap a1 organismelor, care la unele specii ajunge la 98% din greutate i n rare cazuri scade sub 50%, atenueaza oscilaiile temperaturii corpului i uureaz procesele de termoreglare.

Conductibilitatea termic a apei este, de asemenea mare. Aceasta explic de ce speciile de origine acvatic nu sunt homeoterme: pierderile de energie necesar meninerii temperaturii ar fi att de mari nct completarea lor prin hran abundent ar deveni nerentabil.

Puterea de solvire. Apa este un remarcabil solvent: dizolv cel mare mare numr de substane, din toate lichidele cunoscute. De aceea reprezint pe de o parte un mediu ideal pentru desfurarea proceselor metabolice.

Dup exigenele fa de apa, plantele se mpart n patru grupe principale: - hidrofite (acvatice), caracterizate prin sistem radicular slab dezvoltat, cu toate organele

verzi capabile s. valorifice pentru fotosintez o cantitate mai redus de lumin, cu puine esuturi mecanice: Oryza sativa, Ranunculus aquatilis, Sagittaria sagitifolia etc.

- higrofite (plante de locuri umede), a cror caractere sunt apropiate de hidrofite i mezofite: Juncus sp.

- mezofite (plante de locuri cu umiditate moderat), caracterizate prin port erect, esuturi mecanice i conductoare mai bine dezvoltate. Exemple: Festuca rubra, Phleum pratense,Briza media.

- xerofite (plante de locuri uscate), se caracterizeaz prin: presiune osmotic mare, sistem radicular foarte bine dezvoltat, la fel i esuturile mecanice i conductoare aadar caractere opuse hidrofitelor, exemple: Festuca valesiaca, Quercus pubescens etc.

3.1.2 Factorii geografici (orografici)

Acetia au o influen indirect asupra ecosistemelor i sunt reprezentai prin: - panta, influeneaz vegetaia prin modificarea umiditii, expunerea solului la fenomenul de

eroziune, etc. Panta determin modul de folosire a terenului i sistemul de cultur. Exemplu: terenul arabil nu este indicat s se afle pe pante prea nclinate unde indicate sunt pajitile. Peste o anumit pant nu este indicat nici pajitea ci pdurea, care ocrotete cel mai bine solul la eroziune. Pajitile de pe pantele prea mari nu sunt indicate s fie exploatate ca pune, fiind mai expuse eroziunii. Pe pante

9

mai mari de 20 sunt indicate terase cu vi de vie i pomi fructiferi. - altitudinea, determin condiii climatice foarte diferite contribuind din plin la diversificarea ecosistemelor. La nivelul mrii este considerat zero i n funcie de aceasta se stabilete altitudinea diferitelor puncte geografice. Exist o corelaie ntre altitudine i temperatur n sensul c pe msur ce altitudinea crete, temperatura scade. In ara noastr, temperatura scade cu 0,5 - 0,6C la fiecare 100 m altitudine. Datorit microclimatului se pot gsi la altitudini mari vegetaie termofil. datorit rocii care se nclzete mai uor i influeneaz vegetaia. - expoziia, determin valori foarte diferite ale regimului hidric, a expunerii fa de Soare, de vnturi, etc. De exemplu, n zona dealurilor, pe versanii nordici crete o vegetaie mezofil reprezentat prin pduri de stejar sau fag, n timp ce pe versanii sudici crete o vegetaie xerofil, specific cmpiei.

3.1.3 Factorii mecanici

- Micarea atmosferei (vntul) este determinat de nclzirea inegal a maselor de aer care se deplaseaz din zonele cu presiune mai mare spre cele cu presiune mai mic. Efectele ecologice ale micrii maselor de aer sunt nsemnate, n sensul c acioneaz asupra ecosistemelor att direct ct i indirect.

Specii de plante i animale s-au adaptat n cursul evoluiei lor la aciunea vntului. Astfel, un numr mare de plante utilizeaz fora eolian pentru reproducere i rspndire n timp ce la unele, esuturile mecanice au o anumit configuraie ceea ce le confer o rezisten mai mare iar altele au tulpina liber la interior deci au elasticitate sporit, caracter care, de asemenea, ofer protecia necesar. Plantele anemofile se polenizeaza cu ajutorul vntului i prezint adaptri care fac posibil realizarea acestui proces: polen uscat, usor, n cantitati foarte mari.

Multe psri utilizeaz curenii de aer pentru a plana timp ndelungat, ceea ce le permite mari economii de energie i le uureaz zborurile de migraie sau de cutare a hranei.

La multe specii de insecte pentru care antrenarea de ctre vnt ar reprezenta un pericol n viaa speciei s-au dezvoltat adaptri structurale i comportamentale ce permit evitarea unui asemenea pericol. Astfel, unele insecte insulare, montane, din zonele de coast, au aripi reduse sau complet atrofiate, i deci nu se ridic de pe sol, astfel ele ar putea fi antrenate de vnt i sortite pieirii.

- Micarea apei. In micare, apa transport substane dizolvate, diferite corpuri n suspensie sau organisme vii. Cantitatea de aluviuni transportate de ape este impresionant.

Curenii descendeni, transport oxigenul spre straturile profunde ale apelor stttoare dnd posibilitate i aici dezvoltrii vieii, iar curenii ascendeni transport nutrienii de pe fundul apelor spre straturile superficiale, determinnd productivitatea zonei respective.

Un alt fenomen de aciune a apei asupra ecosistemelor l constituie inundaiile care uneori poate avea un caracter catastrofal conducnd n final la perturbarea ecosistemelor.

3.1.4 Factorii edafici

Solul este mediul n care se acumuleaz apa i elementele nutritive necesare plantelor i are o importan hotrtoare n complexul de factori ce definesc biotopul. Solul este un organism viu care se afl permanent sub aciunea microflorei, florei, microfaunei i faunei. n sol, milioane de microorganisme contribuie la descompunerea materiei organice i la reciclarea sa.

Solul este un amestec de fragmente de roc anorganic i material organic n descompunere sau humus. Coninutul solului n elemente nutritive influeneaz n mod deosebit compoziia floristic a comunitilor vegetale.

Fertilitate corespunztoare a solului nu nseamn doar coninut ridicat de elemente nutritive ci este important ca aceste elemente s fie n anumite raporturi pentru c excesul unui element n sol poate bloca n compui insolubili un alt element. De exemplu: excesul de calciu poate bloca fierul asimilabil din sol n carbonat de fier producnd boala fiziologic numit cloroz feric (nglbenirea frunzelor).

Reacia solului exercit o mare influen asupra microorganismelor din sol. De exemplu,

10

bacteriile nitrificatoare i cele fixatoare de azot molecular au pH-ul optim cuprins ntre 6,5-7,9. Pentru fiecare specie exist un interval optim de reacie ns cele mai multe specii de plante se dezvolt bine la o reacie slab spre moderat acid (pH 5,5-6,5).

Reacia solului determin modificri ale mobilitii elementelor nutritive. Astfel, n mediu acid, ionii de Al3+, Fe2+ i Mn2+ apar n soluia solului n cantiti toxice, n timp ce, unele specii importante de cationi precum Ca2+, K+ i Mg2+ se vor absorbi mai greu, iar fosforul va precipita sub forma de fosfai de aluminiu, devenind inaccesibil plantelor. Cu excepia molibdenului, microelementele au mobilitate mare n mediu acid, iar la pH alcalin sau neutru, mobilitatea lor se reduce, prin formarea de compui insolubili. Corectarea reaciei acide a solurilor se poate face prin administrarea de amendamente calcaroase.

Monitorizarea i cuantificarea aciditii solului, precum i a nsuirilor fizico-chimice ale solului se realizeaz prin efectuarea de analize agrochimice i repetarea lor la intervale de 3-5 ani. Aceste analize ne indic i msurile cele mai eficiente de fertilizare a terenurilor agricole.

In timp ce pe solurile bogate n elemente nutritive vegeteaz specii eutrofe (folosesc pentru cretere rapid i producie mare, o cantitate important de substane minerale) pe cele srace vegeteaz specii puin pretenioase - oligotrofe (cu cretere lent i producie mic).

Atunci cnd plantele au intervale de toleran foarte restrnse, fa de un factor ecologic abiotic (coninut de azot, pH, coninut de sruri etc.), ele pot ndeplini rolul de plante indicatoare. Substanele minerale din sol exercit o influen major i asupra animalelor. Astfel, s-a observat c populaiile de cprioare care se hrnesc pe soluri calcaroase sunt mai robuste, mai rezistente la boli, iar coarnele lor sunt mai rezistente.

3.2 Factorii biotici

Sub denumirea de factori biotici sunt cuprinse interaciunile (relaiile) care se manifest ntre diverse organisme ce populeaz un biotop i au implicaii profunde n constituirea i evoluia ecosistemelor.

Aceste relaii (coacii) sunt de dou tipuri: - homotipice (intraspecifice), care se realizeaz ntre indivizi aparinnd aceleeai specii; - heterotipice (interspecifice), care se produc ntre indivizi din specii diferite.

A. Relaii homotipice. Se realizeaz n interiorul speciei. Principalele tipuri de coacii homotipice se refer la efectul de grup i efectul de mas. Efectul de grup, semnific necesitatea existenei unui numr minim de indivizi pentru asigurarea meninerii speciei n biocenoz. Acest efect are consecine pozitive asupra dezvoltrii populaiilor i coast n modificri ce apar atunci cnd mai muli indivizi duc o via comun, permind, de exemplu, persistena unor colonii, reproducerea sau aprarea de atacul animalelor slbatice, etc.

Efectul de mas, se refer la biomasa total care se realizeaz pe un anumit teritoriu. Acesta se manifesta cnd mediul este suprapopulat i const n autolimitarea numeric, ca atare are efecte negative asupra populaiilor de vieuitoare. Exemplu: cnd n fina n care triete coleopterul Tribolium confusum numrul de indivizi este prea mare, femelele i pierd fecunditatea, o parte din larve sunt mncate de prinii lor, iar indivizii rmai secret diferite substane care inhib procesul de reproducere.

B. Relaii heterotipice. Acestea se realizeaz, dup cum s-a artat, ntre indivizii aparinnd la specii diferite. Acest tip de relaii formeaz una dintre cele mai importante caracteristici ale biocenozei

ntre indivizii a dou specii diferite se stabilesc o serie de relaii interspecifice sau coacii, care pot fi exprimate matematic astfel:

efect neutru = 0 efect pozitiv = + efect negativ = -

11

Relaii heterotipice se clasific dup criteriul individual i populaional. I. Dup criteriul individual cele mai reprezentative relaii sunt:

1. Independena sau neutralismul (0 0) - este atunci cnd cele dou specii vieuiesc independent i n-au nicio influen una asupra celeilalte. Exemplu: cprioar crbu de mai.

2. Competiia interspecific (- -) este un tip de coacie nefavorabil ambelor specii. Exemplu: porumb pir (buruian)

3. Mutualismul (+ +). In acest caz, relaia este obligatorie, ambele populaii fiind influenate pozitiv, deci profit de pe urma convieuirii. Exemplu: trifoi bacterii fixatoare de azot 4. Protocooperarea (+ +). Ca i mutualismul este o relaie bilateral pozitiv, avantajoas pentru ambele specii ns legtura dintre ele nu este obligatorie, pentru nici una dintre specii. Exemplu: hipopotam ciugulitorul rou al vitelor 5. Comensalismul (+ 0). Relaia este obligatorie pentru comensal in timp ce gazda" nu este afectat de aceast convieuire. Exemplu: speciile de plante epifite (orchidee) care se fixeaz de trunchiul arborilor i prezint numeroase rdcini aeriene prin care planta absoarbe substanele nutritive i apa. 6. Amensalismul (antibioza, antagonism) (- 0) const n faptul c un component (amensalul) este inhibat n creterea sau dezvoltarea sa de ctre unele substane elaborate de partener. Relaia nu este obligatorie pentru nici unul din componeni. O serie de produi chimici eliminai de microorganisme, plante superioare sau chiar de animale au efect inhibitor asupra dezvoltrii indivizilor aparinnd altor specii. Aa sunt, de exemplu, antibioticele produse de bacterii i ciuperci. 7. Parazitism (+ -) este o form de relaie interspecific antagonic ce implic un efect pozitiv pentru parazit i un efect inhibitor pentru gazd. Parazitul este dependent de partenerul su ce-i servete ca prad. Parazitul este mai mic dect prada sa creia i poate provoca chiar moartea.

Exemplu: pduchele din San Jose (duntor pentru plante) viespea parazit a pduchelui. 8. Prdtorism (+ -). Ca i n cazul parazitismului, relaia este obligatorie i pozitiv pentru prdtor (vntor) i negativ pentru prad (vnat). Spre deosebire de parazitism unde, de regul, parazitul nu-i omoar gazda, deoarece ar duce la moartea parazitului, prdtorul i omoar prada. Pentru culturile agricole, paraziii si prdtorii naturali pot juca un rol foarte important n reducerea pagubelor produse de insectele fitofage. Acetia sunt ns foarte sensibili la produsele pesticide, de aceea trebuie protejai.

II. Criteriul populaional n examinarea relaiilor interspecifice, abordarea acestor relaii la nivel populaional este

mai corect dect cea individual, deoarece populaia este veriga esenial n transferul materiei i al energiei din cadrul ecosistemului i nu individul. Punctul de vedere individualist tinde, ntr-o oarecare msur, s echivaleze trsturile individuale cu cele ale populaiilor. Pentru o mai bun nelegere a afirmaiei de mai sus, se va da un exemplu edificator: ntr-o populaie de zebre din savan, indivizii cu diverse deficiene, fie congenitale, fie dobndite pe parcursul vieii, sunt cei mai vulnerabili la atacul prdtorilor (lei, hiene, cini slbatici etc.) i vor fi victimele aproape sigure ale acestora. Dup clasificarea la nivel individual, este vorba de o relaie interspecific de prdtorism, negativ pentru prad, pozitiv pentru prdtor. Dac judecm lucrurile ns la nivelul populaiei de zebre, aciunea prdtorilor este una benefic, din cel puin dou motive: evitarea transmiterii genelor nefavorabile la urmai i prin aceasta meninerea vigorii speciei; evitarea nmulirii exagerate a erbivorelor i a riscului de a-i epuiza sursele de hran.

12

Capitolul 4 STRUCTURA ECOSISTEMELOR

Structura este o nsuire esenial, neseparabil de sisteme, ce reflect n special anumite tipuri de relaii dintre elementele alctuitoare.

Ecosistemele naturale care compun biosfera prezint structuri i funcii extrem de complexe, adeseori greu de descifrat. Cele mai importante structuri sunt, trofic i biochimic.

4 . 1 Structura trofic a ecosistemului

n cazul biocenozei, ntre specii se stabilesc relaii diferite, dintre care relaiile privind hrana (relaiile trofice) ocup un loc important. Speciile dintr-o biocenoz sunt dependente de hrana oferit de mediu (de baza trofic). Aceasta este constituit din cantitatea de substan care ptrunde i circul n interiorul sistemului realiznd producia de biomas.

Ansamblul de relaii trofice dintre speciile biocenozei constituie structura trofic a biocenozei. Din punctul de vedere al modului de hrnire, toate speciile unei biocenoze se mpart n trei mari

categorii funcionale interdependente: I. Productorii primari sau speciile productoare de substan organic din care fac

parte n primul rnd toate plantele verzi care, cu ajutorul clorofilei, convertesc energia solar n energia legturilor chimice ale substanelor organice pe care le sintetizeaz din compui anorganici ai biotopului (H2O, CO2, compui cu azot, cu fosfor etc.). Din aceast categorie mai fac parte bacteriile fotosintetizante i bacteriile chemosintetizante (sulfuroase, feruginoase).

II. Consumatorii, reprezentati, prin toate animalele dintr-o biocenoz. n functie de hrana consumat putem distinge: 1. consumatori primari sau consumatori de ordinul I, reprezentati prin animale fitofage,

deci care se hrnesc direct cu productorii primari; 2. consumatori secundari sau de ordinul II, reprezentati prin animale ce se hrnesc cu cele

fitofage; 3. consumatori de ordinul III etc. O pozitie aparte n categoria consumatorilor este ocupat de detritofagi, animale care se

hrnesc cu detritus organic (fragmente de material organic rezultat din frmiarea i descompunerea parial a plantelor i animalelor moarte). Din aceast grupare ecologic fac parte numeroase specii de viermi, rme, miriapode, crustacei, acarieni, insecte. Detritusul organic este alctuit, n cea mai mare parte, din resturi vegetale care se descompun mai greu (celuloza, lignina etc.).

O pozitie apropiat de a detritofagilor, din punctul de vedere al nutritiei, o ocup animalele care se hrnesc cu plante moarte (netransformate in detritus) i animalele necrofage Tot aici trebuie menionat grupul saprofitelor - plante ce se hrnesc cu resturi de plante (uneori i de animale) - din care fac parte, de pild, ciupercile.

Toate aceste grupe, prin modul 1or de hrnire, grbesc fragmentarea i descompunerea materialului organic vegetal sau animal.

III. Descompuntorii sunt reprezentai mai ales prin bacterii i fungi care degradeaz substanele organice provenite din cadavre, din excrete sau alte deeuri. Dup mai multe etape succesive, fiecare etap fiind determinat de anumite grupe de bacterii sau fungi, sunt eliberate elementele minerale coninute n substanele organice. Acest proces poart numele de mineralizare. Intr-un fel, este reversul procesului de fotosintez.

Gruprile de specii, desprite de productorii primari prin acelai numr de trepte i ndeplinind aceeai funcie trofic, poart numele de nivel trofic.

Plantele verzi, deci productorii primari, reprezint primul nivel trofic. Consumatorii primari (animale fitofage) ca i detritofagii reprezint al doilea nivel trofic, consumatorii secundari (de ordinul II) - al treilea nivel trofic etc. Speciile din niveluri trofice diferite, legate ntre ele prin relaii de nutriie constituie lanuri trofice (fig. 2). Lanurile trofice reprezint cile prin care se

13

produce transferul de substan i energie n orice ecosistem. Exemplu de lan trofic: iarb iepuri vulpi.

Fig. 2 Schema cea mai simpl a unui lan trofic complet (Odum, 1975)

Examinnd structura lanturilor trofice constatam c numrul verigilor de cele mai multe ori nu depete 5-6. Sunt dou cauze eseniale care limiteaz numrul verigilor din lanurile trofice: n primul rnd, un consumator nu poate consuma hrana sa n ntregime deoarece aceasta ar duce la propria sa pieire; existena consumatorului este condiionat de posibilitatea de refacere a hranei. In al doilea rnd, admind c din partea consumat n medie cam 9/10 sunt pierdute prin cheltuieli energetice i doar 1/10 contribuie la creterea biomasei consumatorului dat care, deci, devine disponibil pentru veriga urmtoare. Apare clar c, pe msur ce naintm spre vrful lanului trofic, animalele dispun de resurse tot mai puine, trebuie s desfoare o activitate tot mai intens pentru a-i satisface necesitile nutritive.

Structura trofic a ecosistemelor ne arat c un animal carnivor sau omnivor, care se afl n vrful piramidei trofice, pentru a tri n bune condiii trebuie s exploreze un spaiu de circa o mie pn la un milion de ori mai mare, dect un productor primar. Pentru acest motiv numrul de indivizi vegetali pe unitatea de suprafa este covritor fa de numrul animalelor care se pot hrni pe seama vegetaiei.

Orice cretere a populaiilor de erbivore peste proporia legic admis de piramida trofic duce la deteriorarea ecosistemelor prin distrugerea vegetaiei. In condiiile naturale un astfel de proces nu este posibil fiindc efectivele populatiilor de erbivore sunt supuse mai multor controale ecologice, ntre care controlul prin carnivore joac un rol important. Numrul carnivorelor de asemenea, nu poate crete peste msur fiindc ele s-ar afla n situaia de a-i distruge propria resurs alimentar. Controlul carnivorelor se realizeaz prin scderea naterilor i prin epidemii care elimin indivizii subalimentati.

Erbivorele domesticite sunt singurele animale scoase de sub controlul exercitat de reeaua trofic a ecosistemelor naturale. Inmultirea lor excesiv poate conduce, prin suprapunat, la distrugerea ecosistemelor seminaturale (a pajitilor) prin fenomene de dezechilibru dintre productia vegetal, consumul ei sporit i micorarea posibilitilor de regenerare a vegetatiei. Rezultatul este

14

degradarea biotopurilor respective, de regul prin eroziune, ca rezultat al suprapunatului.

Fig. 3 Piramidele eltoniene [Strahler, 1974]

Lanurile trofice, cu ct sunt mai scurte, cu att sunt mai productive. Lanurile trofice nu sunt simple i nici izolate unele de altele. De exemplu, cele mai multe

animale fitofage consum diferite specii de plante i, la rndul lor, cad prad diferitelor animale carnivore, fcnd parte, deci, din mai multe lanuri trofice. Astfel, lanurile trofice apar interconectate, alctuind reelele trofice.

Structura trofic a ecosistemelor a fost descris pentru prima dat cantitativ de ctre ecologul englez ELTON (1927). Pentru acest motiv reprezentarea succesiv a nivelurilor trofice dintr-un ecosistem sub forma unei piramide se numete in ecologie piramid trofic sau piramida eltonian (fig. 3).

Astfel, numrul de indivizi descrete pe msur ce se trece de la productori la consumatorii primari, secundari i teriari. n alctuirea piramidelor trofice se iau n considerare i biomasa i energia. Atunci cnd se nregistreaz biomasa nivelurilor trofice succesive vom obine piramida biomaselor, iar cnd vom exprima energia stocat n biomasa organismelor de la fiecare nivel trofic va rezulta piramida energetic. Indiferent de modul de exprimare, la baza majoritii ecosistemelor stau productorii primari care reprezint circa 98% din biomas, respectiv 90% din totalul energiei stocate n organismele ce formeaz piramidele trofice. n ecosistemele naturale, proporia consumatorilor primari variaz ntre 1-9%, iar a celor secundari

15

este de circa 1%. Desigur, n cazul unor dezechilibre ecologice, aceste valori se pot modifica.

4.2 Structura biochimic a ecosistemelor

Sub aspect biochimic, biocenoza se prezint ca un sistem de canale prin care circul metabolii de la un organism la altul, de la biocenoz la biotop. Cea mai mare parte din produii metabolici circul prin reteaua trofic, iar o fraciune redus este eliminat n biotop, de unde este recepionat selectiv de ctre populaiile biocenozei.

Cnd metaboliii sunt secretai de plante poart denumirea de substane alelopatice,iar cnd sunt secretai de animale, se numesc feromoni sau alomoni.

Organismele ce sintetizeaz i elimin substane alelopatice se numesc emitoare sau donatoare, iar cele care recepteaz aceti metabolii se numesc receptoare sau acceptoare

n lumea vie exist mai multe tipuri de interaciuni biochimice, dintre care amintim: a) Interaciuni biochimice n lumea plantelor superioare Antagonismele se manifest cnd colinele secretate de unele plante superioare inhib

dezvoltarea altor plante superioare. De exemplu nucul (Juglans nigra) inhib dezvoltarea cartofilor, tomatelor, lucernei etc., datorit juglonului (toxin) eliminat de prile verzi ale plantelor.

Se fac cercetri privind extragerea i sinteza pe scara larg a unor erbicide de origine vegetal (de la plante care conin coline) sau la crearea de soiuri de plante cultivate care s elimine n mediu coline mpotriva buruienilor.

Sinergismele reprezint o stimulare reciproc a dou specii ce cresc mpreun. Colinele secretate de unele plante au efect pozitiv, stimulator asupra altora, cu care convietuiesc Exemplu: varza crete mai bine n amestec cu tomatele; gramineele cresc mai bine n amestec cu leguminoasele etc.

Actiunea sinergic se manifest i prin profilaxia unilateral sau reciproc fa de boli i duntori. Exemplu: cultura intercalat de morcov cu praz mpiedic depunerea oulor de musculia morcovului ct i a mutei cepei.

b) Interaciuni biochimice la animale La animale, substantele metabolice secundare elaborate cu rol n relatiile intraspecifice se

numesc feromoni, iar n relaiile interspecifice, alomoni. Aceti metabolii ndeplinesc diverse funcii:

Feromonii de atractie a sexelor sunt bine studiati la insecte, asigurnd ntlnirea celor dou sexe n vederea reproducerii. Fenomenul este utilizat n lupta integrat (capcane feromonale).

Feromonii de marcare sunt utilizai pentru nsemnarea puilor, a teritoriului, a surselor de hran (ex.: la albine i furnici asigur accesul rapid al ntregii colonii la aceste surse).

Feromonii de agregare sunt specifici unor insecte (lcuste, gndaci de scoar), determinnd formarea de colonii cu dimensiuni optime pentru reproducere i pentru folosirea hranei.

Feromonii de alarm determin reacii de aprare la ceilali indivizi din populaia sa. Alomonii au rol de aprare sau de atac mpotriva altor specii. Exemplu: albine, viespi, erpi etc.

e) Interaciuni biochimice plante - animale fitofage. ntre plante (productori primari) i animalele fitofage exist att interrelaii trofice, cat i

biochimice. Plantele elaboreaz n procesul metabolic un numr mare de compui toxici (alcaloizi,

glicozizi, saponine etc.) cu rol in limitarea atacului fitofagilor. Fitofagii, la rndul lor, elaboreaz produi care neutralizeaz (antitoxine) metaboliii plantelor. Plantele elimin noi toxine i astfel, insectele fitofage acumuleaz gene care le fac rezistente fa de toxinele vegetale. Dac planta gazd i duntorul convieuiesc n aceleai ecosisteme se stabilete o stare de echilibru intre plant i fitofag Contactul unei plante cu un fitofag nou fa de care nu are mijloace de aprare poate duce la dispariia sa (ex.: via de vie european cu filoxera Phyloxera vastatrix).

16

Capitolul 5 FUNCIILE ECOSISTEMULUI

Funcionalitatea ecosistemului rezult din relaiile existente ntre speciile care-l compun i interaciunile acestora cu factorii abiotici.Esena funcionrii unui ecosistem const n antrenarea energiei solare i a substanelor nutritive n circuitul biologic unde sunt transformate n substane organice ce intr n alctuirea populaiilor din biocenoz. Astfel, ecosistemul apare ca o unitate productiv de substan organic, materializat n organismele ce populeaz biotopul dat.

Principalele funciuni ale unui ecosistem sunt: funcia energetic, funcia de circulaie a materiei i funcia de autoreglare.

5.1 Funcia energetic

Ecosistemul functioneaz ca un laborator de acumulare i transformare a energiei. Nici un ecosistem de pe planeta noastr nu produce energie. Energia ecosistemului poate s creasc numai pe baza importului din radiaiile solare. Viaa este posibil pe Terra numai datorit faptului c un flux continuu de energie solar intr zilnic n ecosistem, iar n acelasi timp, cantiti mari de energie termic (de pe Pmnt) intr n cosmos. Ecosistemele i menin stabilitatea numai prin echilibrarea aportului continuu de energie radiant cu cel al eliminrii continue de cldur.

Transformrile energetice din ecosistem se desfoar conform principiilor termodinamicii. Primul principiu al termodinamicii (principiul conservrii energiei) stabilete c ntreaga

energie de care dispune un ecosistem este ntemeiat pe tranformarea energiei iniial intrate prin fotosintez sau prin chemosintez. Pe nici un nivel trofic al ecosistemului nu are loc o producie de energie, ci numai o transformare de energie.

Astfel, energia radiant care ajunge la plante este transformat, n prezena clorofilei, n energie chimic pe care plantele o depoziteaz n molecule de glucide, lipide, protide etc., iar prin consumarea lor de ctre animale energia trece n corpul acestora din urm. Att n plante ct i n animale energia chimic coninut n molecule este eliberat n procesul respiraiei i utilizat n toate procesele vitale. O parte din aceast energie se transform n cldur, iar n final, dup moartea organismelor, toat energia chimic a moleculelor organice este transformat de ctre descompuntori n energie caloric.

Din primul principiu al termodinamicii reiese faptul c intrrile de energie ntr-un sistem trebuie s fie egalate de ieiri, deci printr-un ecosistem energia se scurge intr-un flux continuu.

Al doilea principiu al termodinamicii este acela al degradrii energiei, care arat c n orice proces de transformare a energiei, o parte din energia potenial se degradeaz sub forma de cldur i este dispersat. De aici rezult c randamentul transformrii este < 1.

Pe msur ce trecem de la nivelul productorilor ctre consumatori de rang tot mai nalt, o tot mai mare parte din energia asimilat este consumat pentru necesitile proprii ale organismelor i deci o cantitate tot mai mic se acumuleaz n producie de biomas (cantitatea de substan organic acumulat ntr-o perioad de timp i existent la un moment dat) disponibil pentru nivelurile trofice urmtoare (fig. 4).

Aceast legitate are o profund semnificaie biologic dac inem seama i de faptul c, pornind de la productori primari ctre consumatori de un grad tot mai nalt, crete, n linii mari i nivelul evolutiv al apeciilor. Speciile mai evoluate desfoar o activitate mai intens i mai diversificat. Grupele evoluate de organisme desfoar activiti calitativ superioare. De pild, la psri i mamifere o proporie important de energie este cheltuit nu numai pentru cutarea i capturarea przii (la carnivori) dar mai ales pentru protecia, ngrijirea i educaia urmailor.

De aici se vede c fluxul de energie prin ecosistem nu este simplu transfer al energiei chimice de la un nivel trofic la a1tul, ci i un proces de schimbare a formelor de energie, apariia i dezvoltarea unor forme superioare de energie ca, de pild, energia nervoas, energia psihic.

Energia degradat sub form de cldur nu mai poate fi reutilizat de ctre ecosistem, ceea

17

ce impune intrarea de noi cantiti de energie, deci fluxul de energie ce se scurge prin ecosistem este unidirecional.

Fig. 4 Transferul de energie ntr-un ecosistem

Sursa principal de energie a unui ecosistem este energia solar, alctuit din 45% radiaii din spectrul vizibil, 45% radiaii infraroii i 10% radiaii ultraviolete. De menionat este faptul c, nu toat cantitatea de energie solar poate fi pus la dispoziia vieuitoarelor. Astfel, din cele aproximativ 2 cal/cmp /min. (constant solar), circa 42% este absorbit de ozon, vapori de ap, particule de praf etc. i este apoi radiat n spaiu sub form de cldur i numai 58% ajunge la suprafaa pmntului. Din aceast cantitate numai 20% este absorbit de sol, ap i vegetaie, restul de 80% fiind reflectat n spaiu. Plantele verzi utilizeaz pentru fotosintez i transform n energie chimic numai 1-3% din energia luminoas.

Fotosinteza este procesul prin care sunt captate radiaiile solare cu ajutorul clorofilei iar aceast energie este convertit n cea a legturilor chimice din substanele organice. n procesul de fotosintez sunt implicate i srurile minerale (N, P, K, S etc.). Privit din punct de vedere chimic este o reacie reductoare, n care CO2 (acceptor de hidrogen - electroni) este redus, apa este sursa de hidrogen, iar radiaia luminoas (fotonii) este sursa de energie necesar procesului de reducere.

Reacia extrem de simplificat a fotosintezei este: clorofil 6 CO2 + 6 H2O + energie solar C6H12O6 + 6 O2 Energia chimic are o contribuie modest la bilanul energetic din ecosisteme, fiind

folosit n principal de bacteriile chemosintetizante: nitrificatoare, sulfuroase i feruginoase. n procesul de sintez a substanelor organice, ca surs de energie folosesc energia obinut prin oxidarea unor compui anorganici (compui ai sulfului, ai fierului) iar ca surs de hidrogen pentru reducerea CO2 este apa.

18

Producia i productivitatea ecosistemelor

n plan macroscopic, fluxul de energie apare ca un flux de materie, n care moleculele asimilate sunt transformate n molecule specifice consumatorului. Ecosistemele nu sunt numai depozite i transformatori de substan ci i productori. Evident, productori de substan organic, nu de energie. Astfel, livada, pdurea, punea, funcioneaz ca nite ntreprinderi productoare de biomas, pe baza unei tehnologii naturale. Momentele eseniale ale procesului de producie constau n legarea primar a biomasei i n descompunerea necromasei.

Ramura ecologiei care se ocup cu formarea substanei organice n biosfer este denumit biologia productivitii. n rndul ecologilor nu exist, n momentul de fa, definiii unanim acceptate n domeniul biologiei productivitii. De aceea, n cursul de fa, definiiile utilizate sunt cele mai frecvent ntlnite n literatura de specialitate i cele mai compatibile cu noiunile prezentate n lucrarea de fa. n fiecare ecosistem exist dou componente ale produciei: producia primar i producia secundar. I. Producia primar este cantitatea de materie organic sintetizat de productorii primari (plantele verzi i organismele chemosintetizante) pe baza substanelor anorganice. Sinteza primar a substanei organice se bazeaz pe dou surse de carbon: CO2 (n fotosintez) i CH4 (n chemosintez). Producia primar reprezint sursa de hran pentru toate speciile heterotrofe i se exprim sub form brut i net. Producia primar brut (PPB), reprezint cantitatea total de substan organic produs de ctre organismele autotrofe, prin fotosintez, respectiv chemosintez. O parte din aceast energie este folosit pentru desfurarea proceselor metabolice (sintez substane organice, micare etc.) ale plantei productoare, iar partea rmas este acumulat sub form de substan organic n celulele esuturilor, constituind producia primar net (PPN). Ctigul propriu-zis de biomas se obine dup scderea cheltuielilor de ntreinere ale plantei, exprimate prin respiraie. Dinamica proceselor metabolice este ntreinut de un flux slab, dar permanent, de electroni pus la dispoziia organismului prin respiraie. Prin respiraie sunt desfcute, de fapt, legturile C-C din substanele organice, energia rezultat fiind utilizat treptat. Deci, producia primar net (PPN) = producia primar brut (PPB) consumul respirator (R). Producia primar net constituie sursa de hran disponibil pentru nivelul trofic al consumatorilor primari (fitofagi).

Cantitatea de substan organic acumulat (producia net) ntr-o perioad de timp i existent la un moment dat n ecosistem poart numele de biomas. Viteza de acumulare a biomasei, prin fotosintez, raportat la unitatea de timp i de suprafa reprezint productivitatea primar. Rezultatul productivitii primare este, aadar, producia primar net.

Productivitatea primar, biomasa, producia primar, se exprim n greutatea substanei organice uscate raportat la unitatea de spaiu (mg/l; g/mp; kg/ha etc.) i timp. Transformarea unitilor de mas n uniti energetice se poate face cunoscnd echivalentul unui gram de substan uscat (materie organic + substane minerale) n kcal. De exemplu, n cazul plantelor terestre un gram de substan uscat echivaleaz cu 4,5 kcal.

n agroecosistemele cu recolte acceptabile, productivitatea primar net este sensibil mai mare dect n ecosistemele naturale nlocuite, dac acestea au fost alctuite din plante ierboase.

Producia primar net a diferitelor tipuri de ecosisteme terestre i acvatice este foarte diferit - pdurile tropicale umede: 2.800 g/mp/an; pdurile de foioase din zona temperat: 1000 g/mp/an; terenuri cultivate din zona temperat: 50 g/mp/an; deerturi: 3 g/mp/an; bli i mlatini: 2000 g/mp/an.

Recolta reprezint doar o parte din producia primar net. Aceasta difer foarte mult ntre recoltele bazate pe organele de reproducere i cele bazate pe organe vegetative. Astfel, la

19

boabele de cereale i leguminoase umiditatea este de 12-16%, iar la fructele crnoase i tuberculi 70-80%. De aceea s-a generalizat practica evalurii recoltelor n substan uscat.

Corelaia dintre recolt i producie primar net poate fi sugerat de valorile indicelui de recolt (IR), prin care vom nelege procentul de substan uscat din produsul util din punct de vedere economic. n unele cazuri recolta este extras din masa vegetal suprateran, n alte cazuri din cea subteran (rdcinoase, tuberculifere, bulbifere etc.). Exemple de IR: Orez 51%, fasole boabe 59%, gru 35%. Menionm c pentru stabilirea indicelui de recolt, raportarea s-a fcut la PPN suprateran. Chiar dac recolta util a speciilor luate n studiu este reprezentat de organele de reproducere, indicele nu depete dect foarte rar valoarea de 50%. Dac raportarea s-ar fi fcut la total PPN, cifrele s-ar reduce cu circa 1/3, iar dac IR s-ar raporta la PPB, valorile din tabel s-ar reduce aproximativ la jumtate. De-a lungul timpului, unul dintre obiectivele amelioratorilor a fost creterea indicelui de recolt. Productivitatea agricol primar este determinat, aadar, de factorul genetic, dar i de intensitatea luminii, concentraia CO2, aprovizionarea cu ap i elemente minerale etc.. De aici, decurg o serie de adaptri ale tehnologiei plantelor de cultur, n vederea creterii productivitii: expoziia culturilor, stabilirea densitii optime, tierile pomilor fructiferi, ndeprtarea excesului de ap, irigarea, fertilizarea, solele sritoare cu plante leguminoase pentru fixarea azotului atmosferic etc.

II.) Producia secundar brut Substana organic produs de plantele unui ecosistem reprezint sursa de energie

disponibil pentru nivelurile trofice urmtoare ale diferiilor consumatori: direct pentru fitofagi, indirect pentru consumatori de ordine mai nalte.

Destinaiile energiei consumate de animale prin hran sunt diferite: o parte din hrana ingerat este digerat i asimilat. Partea rmas nedigerat este eliminat prin fecale i urin. Din hrana asimilat o parte este utilizat n desfurarea proceselor metabolice, pentru micare, produ-cere de cldur i se concretizeaz n procesul respiraiei (al consumului de oxigen). O alt parte a energiei asimilate prin hran este stocat n legturile chimice ale substanelor organice proprii, sintetizate de organismul animal i care se concretizeaz n acumulare de biomas i producere de noi indivizi. Aadar, i n cazul organismelor heterotrofe avem o producie secundar brut i una net. Producia secundar brut reprezint cantitatea total de substan organic produs n unitatea de timp, iar producia secundar net este cantitatea de substan organic acumulat n unitatea de timp de ctre biosistem, dup scderea pierderilor datorate respiraiei. Eficiena asimilrii hranei ingerate de animale (energie asimilat/energie ingerat) este foarte diferit: un animal erbivor trebuie s consume 80 kg de iarb pentru a obine o producie secundar de 1 kg, pe cnd un carnivor are nevoie de aproximativ 5 kg de esut animal pentru a acumula 1 kg de mas vie. Eficiena mai mare la carnivore se explic n primul rnd, datorit calitii nutritive a hranei, care poate fi digerat aproape n ntregime.

Hrana vegetal conine, de regul, mult celuloz i lignin i conine mai puin energie. Eficiena asimilrii difer foarte mult, n funcie de calitatea hranei: la miriapodele care se hrnesc cu lemn n descompunere eficiena este de 15%, la cele care se hrnesc cu frunze i ramuri tinere n jur de 40%, la mamiferele care pasc iarb aproximativ 60%.

La carnivorele tipice, eficiena asimilrii este n jur 90%, n timp ce, la animalele insectivore, ce consum hran cu mult chitin, de circa 70-80%.

n agroecosisteme, producia secundar st la baza tuturor produselor obinute de la animale. Proporia n care proteina i energia din raia furajer a animalelor este transformat n produse consumabile de om este foarte diferit. Cea mai eficient conversie se obine la produciile de ou (27%) i de lapte (26%). La bovine i ovine pentru carne, eficiena este sczut ns ctigul alimentar este categoric, dac avem n vedere c acestea se hrnesc cu produse neconsumabile de om.

20

Desigur c, rasele ameliorate de animale valorific cel mai eficient proteina din furaje i realizeaz cele mai bune performane n realizarea produciei secundare.

5.2 Funcia de circulaie

Biocenoza, n baza structurii ei trofice, n procesul de hrnire, realizeaz circulaia permanent a materiei n ecosistem.

Substana ptrunde n biocenoz din biotop sub forma unor combinaii de atomi ai elementelor chimice.

Plantele folosesc aceste combinaii sub form de soluii apoase, iar cu ajutorul energiei solare atomii asimilai sunt inclui n structurile substanei organice prin procesul de fotosintez.

Deci, plantele asigur intrarea selectiv a elementelor din biotop n biocenoz. Att proporia ct i viteza de absorbie a elementelor de ctre biocenoz, constituie o caracteristic a fiecrui ecosistem.

Fig. 5 Bioamplificarea DDT

De la productorii primari atomii elementelor respective trec la consumatori prin reeaua trofic, spre nivelurile superioare. Ajunse n organismul consumatorilor, elementele sunt scindate n radicali mai simpli, dintre care unii sunt eliminai sub form de deeuri metabolice, alii sunt retinui pentru a fi utilizai n noi sinteze, iar alii sunt depozitai fr a putea fi eliminai. In procesul de eliminare-reinere, unele elemente realizeaz concentraii crescnde spre nivelurile superioare ale piramidei trofice. Acest proces poart denumirea de concentrare-acumulare sau amplificare biologic. De exemplu, ntr-un lan alimentar acvatic cu cinci verigi, concentraia de DDT crete de aproximativ de 10 milioane de ori, acumulndu-se n special n esuturile grase ale organismelor (de la 0,000003 ppm DDT n ap, la 25 ppm n esuturile psrilor consumatoare de peti carnivori (fig. 5).

Cunoaterea acestui proces are o importan deosebit pentru c unele substane toxice ce au n biotop concentraii reduse (pesticide, metale grele etc.) pot ajunge la unii consumatori din vrful piramidei trofice (rpitoare, om) la concentraii foarte mari ce pot deveni letale.

Descompuntorii grefai la fiecare nivel trofic, mineralizeaz substanele organice din organismele moarte i asigur astfel transferul elementelor din biocenoz n biotop (fig. 6). O caracteristic important a circulaiei substanelor n ecosistem este viteza de desfurare a procesului. Astfel, n ecosistemele pdurii ecuatoriale umede, materia organic lipsit de via este rapid descompus i reabsorbit, n timp ce, n ecosistemele naturale din zonele temperate se

21

acumuleaz o mare cantitate de materie moart la suprafaa solului (litiera, turb) sau n sol (humus). Formarea humusului determin o ncetinire a ciclurilor biogeochimice i asigur eliminarea lent a elementelor repuse la dispoziia plantelor. n acest fel, sistemele capabile de o mai rapid reciclare a elementelor i substanelor au o productivitate sporit pe unitatea de suprafa i timp.

Substane Productori Fitofagi Zoofagi Carnivore de anorganice primari vrf

Descompuntori

Fig. 6 Transferul elementelor n ecosistem prin ciclu trofic

Circulaia substanelor la nivelul biosferei formeaz cicluri circuite biogeochimice globale. Ele se pot mprti n dou tipuri fundamentale: tipul sedimentar (fosfor i sulf) i tipul gazos (azot, oxigen, carbon). La circuitele sedimentare, rezervorul principal l constituie litosfera, iar la circuitele gazoase rezervorul principal l constituie atmosfera. De asemenea, un rol major la nivelul biosferei l reprezint circuitul apei.

5.2.1 Circuitul carbonului

Carbonul este constituientul de baz al tuturor compuilor organici. Structura atomului de carbon este de aa natur nct permite legarea atomilor de C ntre ei formnd lanuri ce reprezint scheletul tuturor moleculelor i macromoleculelor organice. Evaluarea productivitii primare se exprim n grame carbon fixat/m2/an. Dac rolul biologic al carbonului este de prim rang, rolul ecologic global este, de asemenea, foarte important. CO2 atmosferic, alturi de ali componeni atmosferici, reprezint un ecran care mpiedic o parte din radiaia termic emis de Pmnt s se piard n spaiu. Aa se formeaz efectul de ser natural prin care este meninut temperatura medie global la temperaturi favorabile vieii.

Carbonul este introdus n corpul plantelor prin dioxidul de carbon, n procesul de fotosintez i este fixat apoi n substanele organice care alctuiesc corpul tuturor plantelor i celorlalte organisme care compun lanurile trofice din ecosisteme i biosfer (fig. 7).

Prin lanurile trofice carbonul din substanele organice este transferat pn la consumatorii de vrf. Prin respiraie i prin diferitele procese de descompunere, CO2 atmosferic este redat circuitului. Circuitul carbonului este reglat, aadar, de dou procese antagoniste: fotosinteza i respiraia.

Dup moartea plantelor i animalelor; substanele organice sunt descompuse sub aciunea bacteriilor i a altor organisme saprofite care populeaz solul, i se ajunge la bioxid de carbon, ap i sruri minerale; deci la materia anorganic de la care s-a pornit.

Concentraia normal a dioxidului de carbon n atmosfer este de 0,03% . Pn la Revoluia Industrial, fenomenul de combustie biologic era principalul izvor de CO2 atmosferic. ncepnd cu aceast perioad, atmosfera este alimentat cu CO2 i prin combustie industrial, adic arderea combustibililor fosili. Astfel, s-a nregistrat o cretere progresiv a acestui gaz atmosferic. Analizele efectuate n bulele de aer din calotele glaciare polare arat c dioxidul de carbon a crescut n atmosfera terestr de la 280 ppm, n anul 1750, la 370 ppm n anul 2000.

Intervenia omului n circuitul biogeochimic al carbonului const n cretererea concentraiei dioxidului de carbon n atmosfer prin: extinderea terenurilor agricole, n defavoarea

22

pdurilor; incendieri, utilizarea lemnului drept combustibil, utilizarea pe scar larg a combustibililor fosili. Adaosul de CO2 n atmosfer nu poate fi compensat prin creterea ratei de fixare fotosintetic de unde rezult accentuarea efectului de ser.

O alt cauz a perturbrii circuitului carbonului const n defriarea masiv a pdurilor, absorbani de baz ai dioxidului de carbon atmosferic. Pdurile acumuleaz de 20-30 de ori mai mult dioxid de carbon dect terenurile cultivate sau punile. Anual, fiecare hectar de pdure consum 16 tone de CO2 i produce 30 de tone de oxigen. Astfel, defriarea lor i nlocuirea cu terenuri agricole i puni vor conduce la accelerarea nclzirii la nivel global.

n afara circuitului terestru, CO2 realizeaz i un circuit oceanic. Oceanul joac un rol important n concentraia CO2 din atmosfer. n straturile superficiale CO2 este utilizat de ctre fitoplancton pentru sinteza de materie organic, prin fotosintez.

Fig. 7 Circuitul carbonului n natur

Rata absorbiei de dioxid atmosferic de ctre oceane depinde de temperatura apelor. CO2 are solubilitate mult mai mare n apele reci dect n cele calde, de unde rezult o scdere a CO2 din atmosfer. S-a observat c o cretere a temperaturii apei cu 0,1oC mrete concentraia CO2 atmosferic cu 10 ppm. Aceasta nseamn c Oceanul Planetar poate deveni o surs important de CO2 pentru atmosfer, n condiiile nclzirii globale.

Pentru reducerea dereglrilor antropice n circuitul carbonului, se sugereaz dou soluii: creterea absorbiei CO2 prin mrirea volumului de vegetaie; reducerea emanaiilor antropice (industrie, transporturi, nclzirea locuinelor) prin retehnologizare, utilizarea surselor de energie alternativ etc.

5.2.2 Circuitul azotului n natur

Rolul biologic al azotului este unul extrem de important, deoarece constituie elementul de baz al proteinei, iar proteina este crmida ce st la baza construciei materiei vii. Rezervorul principal de azot este atmosfera, unde se gsete n stare gazoas, n proporie de 79%. Dei l gsim din abunden n atmosfer, azotul este sub form molecular (N2), inaccesibil majoritii

23

organismelor vii. Pentru a fi utilizat de ctre acestea, el trebuie s fie convertit n forme accesibile (NO3

-, NH4+). Toate aceste transformri constituie, de fapt, faze ale ciclului biogeochimic al

azotului. A.) Fixarea azotului molecular (N2) se face prin procese fizice i biologice. Procesele fizice

implicate n fixarea azotului atmosferic sunt radiaiile ultraviolete la nlimi mai mari, respectiv descrcrile electrice, la nlimi mai mici. Pentru a se realiza combinarea azotului cu hidrogenul i cu oxigenul din ap este nevoie de aceste surse puternice de energie. Rezult, astfel, amoniul i nitraii care ajung pe Pmnt prin precipitaii. S-a estimat c anual ajung pe aceast cale 8,9 kg azot/hectar.

Fig. 8 Circuitul azotului n natur

A doua cale de fixare a azotului atmosferic este cea biologic, cu ajutorul microorganismelor fixatoare de azot. Aceste microorganisme pot fixa azotul atmosferic fie direct (fixatori liberi), fie n simbioz (fixatori simbioni) cu rdcinile plantelor din speciile Fabaceae, unde formeaz nodoziti.

Principalele bacterii simbionte sunt cele din genul Rhizobium. n ecosistemele agricole se cunosc circa 200 de specii de plante fixatoare de azot, iar n cele naturale circa 12.000 de specii. Astfel de nodoziti formeaz i rdcinile unor specii de arbori i arbuti din alte familii botanice. Amoniul produs de bacterii mpreun cu hidrocarbonaii rezultai din fotosintez permit formarea aminoacizilor, utilizai de plante n sinteza substanelor proteice. Pe aceast cale se produc 100-200 kg azot/hectar anual, respectiv 90% din N fixat pe Terra n fiecare an.

Anual, pe Terra se fixeaz pe cale biologic circa 150 milioane tone de azot. B.) Denitrificarea const n procese care reduc NO3

- la N2 (azot molecular) i N2O (oxidul nitros) sau ali compui gazoi ce conin azot. Cele mai importante bacterii denitrificatoare aparin genului Pseudomonas. Denitrificarea se produce mai intens n soluri, ape, sedimente, slab aerate, cu mult substan organic i cu pH cuprins ntre 6 i 7. Temperatura optim desfurrii acestui

24

proces este de 60oC. Denitrificarea este principala cale prin care se pierde n atmosfer azotul fixat pe cale fizic sau biologic. Pentru ecosistemele agricole, acest fenomen este foarte duntor deoarece conduce la pierderi importante de azot n atmosfer, sub form de amoniac.

C.) Mineralizarea compuilor organici const n descompunerea organelor i organismelor moarte pn la compui utilizabili (nitrai sau amoniu) de ctre plante. Acest proces se desfoar n dou etape mai importante: amonificarea i nitrificarea.

a.) Amonificarea nseamn degradarea substanelor organice azotate pn la amoniac (NH3).

b.) Nitrificarea este procesul biologic n care amoniacul este oxidat pn la nitrii (nitritarea) i apoi nitrai (nitratarea). n fiecare etap sunt implicate alte grupuri de specii bacteriene: nitritarea - specii din genul Nitrosomonas; nitratarea grup de bacterii din genul Nitrobacter. D.) Sinteza substanelor organice azotoase, proces efectuat de ctre plante. Energia utilizat n aceast sintez este, n principal, cea a energiei solare captate prin fotosintez.

Din plante, unde azotul intr n compoziia substanelor proteice, se ntoarce n sol n mod direct, prin corpul plantelor moarte sau prin corpul animalelor moarte. Toate aceste surse asigur materia organic a solului, necesar formrii humusului i nutriiei bacteriilor din sol. Prin putrezire, azotul din materia organic ajunge n compui nitrici i de aici, fie n nutriia mineral a plantelor, fie n atmosfer, ca azot gazos (fig. 8).

Fixarea biologic a azotului atmosferic se face cu eficien maxim la presiunea de 0,8 atmosfere i la temperatura de 20oC. Amoniacul se poate obine din azot atmosferic i pe cale industrial ns la o presiune de 250 atmosfere, respectiv 400oC. Utilizarea fertilizanilor cu azot n agricultur constituie principalul factor de dereglare a circuitului azotului. La scar global, ciclul azotului este afectat profund de ngrmintele chimice cu azot. n fiecare an, n agroecosistemele de pe Terra se utilizeaz circa 60 de milioane de tone de fertilizani cu azot. Impactul supradozrii cu ngrminte azotoase const i n inhibarea florei bacteriene implicat n procesul de fixare biologic a azotului.

Prin arderea combustibililor fosili se elibereaz n atmosfer cantiti imense de oxizi de azot care accentueaz dereglrile circuitului azotului. n ansamblu, activitile antropice adaug n circuitul global al azotului cam tot att azot ct se fixeaz pe cale biologic anual, pe ntregul mapamond.

Creterea necontrolat a concentraiei de azot se manifest regional prin poluarea straturilor acvifere i eutrofizarea apelor continentale.

5.2.3 Circuitul fosforului

n scoara terestr, fosforul se gsete n proporie foarte redus (0,1%), iar n hidrosfer n cantiti i mai mici (0,00001%). Cu toate acestea, organismele vii acumuleaz fosfor pn la 1%, dat fiind rolul biologic de prim rang al acestui element chimic. Fosforul intr n compoziia acizilor nucleici, att ca depozitar al informaiei genetice (ADN), ct i ca vehiculator de informaie genetic, prin acizii ribonucleici ARN. Acizii nucleici puri conin 10% fosfor care este un component de baz al ATP (acid adenozintrifosforic) acumulatorul i transportorul de energie chimic potenial la nivelul fiecrei celule. Ionul fosfat este implicat n numeroase procese metabolice precum: fotosinteza, glicoliza, respiraia, biosinteza proteinelor, lipidelor, protidelor, enzimelor etc. La animale, fosforul intr n structura scheletului, dinilor, scheletului etc.

Principalele rezerve de fosfor n natur sunt reprezentate de apatit (fosfat natural de Ca care conine i F i Cl), n rocile magmatice i n depozitele de excremente ale psrilor acvatice (guano). Circuitul fosforului nu are componeni gazoi, este indisolubil legat de circuitul hidrologic. Fosforul din rocile sedimentare i eruptive de pe uscat este eliberat de dezagregare chimic, este splat de ape de precipitaie i transportat treptat, prin ruri spre mri i oceane unde se depune n

25

sedimente. Fosforul de la mare adncime, practic rmne pierdut pentru biosfer (fig. 9). O revenire parial a fosforului se realizeaz are loc prin depunerea excrementelor psrilor marine (cca 10 mii tone anual) i prin pescuitul realizat de om (cca 60 mii tone anual).

n ecosistemele terestre o parte din fosfor eliberat prin dezagregarea rocilor este preluat de plante; de la plante este preluat de animale. Excrementele ca i cadavrele plantelor i animalelor sunt degradate prin activitatea microbian care duce la eliberare de fosfor. O parte din acesta reintr n circuit, alt parte formeaz compui solubili.

Permanentele pierderi de fosfor din circuit fac ca acest element s devin un factor limitant al productivitii biologice.

Fig. 9 Circuitul fosforului n natur

Date fiind permanentele pierderi de fosfor din circuit i rolul su biologic esenial, este normal ca acest element s constituie un factor limitativ al productivitii biologice. Compensarea acestor pierderi se face i prin exploatarea rocilor fosfatice i fabricarea de ngrminte cu fosfor. Anual sunt introduse n circuit pe aceast cale 5-6 milioane tone de fosfor mineral, iar cantitatea este n continu cretere. Administrarea necorespunztoare a acestor fertilizani, alturi de cei cu azot, poate conduce ns la mbogirea apelor stttoare continentale n nutrieni. Consecina acestui proces const n nmulirea excesiv a algelor, fenomen cunoscut sub denumirea de nflorirea apelor sau eutrofizare. Dereglrile circuitului fosforului sunt accentuate i de apele reziduale menajere i industriale, de detergenii care conin polifosfai i de deeurile organice.

5.2.4 Circuitul apei n natur

n medie, partea vie a biosferei este alctuit din ap n proporie de 70%. Apa constituie substratul fundamental al activitilor biologice, catalizator i stabilizator al reaciilor biochimice. Practic, se poate spune c materia vie este un sistem organic dispersat n ap.

Circuitul apei este unul foarte simplu, dar extrem de important. Fr circuitul apei nu ar exista circuitele biogeochimice. Fora care pune n micare acest circuit este energia solar.

26

nclzirea atmosferei conduce la evaporarea apei mecanismul de baz al circuitului. Vaporii de ap din atmosfer se transform n picturi de ploaie sau cristale de ghea i cad pe Pmnt. Evaporarea este mai intens deasupra oceanului (84%), comparativ cu uscatul (16%). Un proces fiziologic important prin care apa revine n atmosfer este transpiraia plantelor.

Resursele de ap pe Terra sunt distribuite astfel: 97% ap srat n mri i oceane; ap dulce 3%, din care 2% n calote polare i gheari alpini i doar 1% ap dulce n lacuri (0,3%), ruri, fluvii, ap freatic, sol, materie vie. Apa aflat la un moment dat n tranzit (vapori n nori, picturi lichide sau cristale solide n precipitaii, ap liber i legat biochimic n materia organic) reprezint 0,08%.

Apa ajuns pe suprafaa terestr se infiltreaz n substrat, n mod diferit, n funcie de o serie de factori: tipul de sol, pant, tipul de vegetaie, caracterul precipitaiilor etc. Ecosistemele forestiere joac un rol foarte important n circuitul apei. Astfel, circa 65% din apa pluvial czut pe suprafaa pdurii este reinut n sol, iar scurgerile de suprafa sunt n medie de 5%. Cea mai mare parte din apa reinut de coronamentul pdurii este redat atmosferei, prin evaporare. n puni, scurgerile de suprafa se ridic la 50%. Infiltrarea masiv a apei n sol este extrem de important, deoarece este evitat eroziunea solului i este alimentat pnza freatic.

Agricultura este cel mai mare consumator de ap dulce. Din volumul total de ap preluat din ruri, lacuri sau acvifere, agricultura utilizeaz 65%, n timp ce, industria 25%, iar populaia i municipalitile circa 10%. Pentru producerea unei tone de cereale sunt necesare aproximativ 1000 tone de ap. Dei reprezint doar 16% din suprafaa agricol a Terrei, suprafeele irigate asigur 40% din necesarul de alimente al omenirii. n anul 1995, consumul mediu de cereale per cap de locuitor era de 300 de kilograme de cereale, sub form direct sau sub form de produse animaliere. n perioada 1950 2001 consumul de ap s-a triplat, dei circuitul hidrologic este n esen ca i n urm cu 50 de ani. Avnd n vedere creterea demografic a Terrei, cu circa 90 milioane locuitori pe an, se impune gsirea unor surse suplimentare de ap dulce, ceea ce pare a fi destul de dificil.

Utilizarea excesiv a apelor subterane a condus la epuizarea acestor rezerve, respectiv la reducerea ireversibil a capacitii pmntului de a stoca apa. Cauza acestui fenomen const n compactarea materialului geologic al acviferului prin eliminarea porilor i a spaiilor care stocheaz apa. Aa s-a ntmplat cu acviferele din California (Central Valley), unde exploatarea excesiv a apelor subterane a determinat pierderea unei capaciti de stocare de 25 miliarde metri cubi, egal cu aproximativ 40% din totalul rezervoarelor de ap construite de Statele Unite la suprafaa solului.

O alt cauz a diminurii resurselor de ap dulce const n invadarea acviferelor de ap dulce cu ap srat, n zonele de coast, datorit pomprii excesive a apei freatice. Aa s-a ntmplat n vestul Indiei i n Israel. Acelai efect asupra acviferelor din zonele de coast l are i nclzirea global care va conduce la o cretere a nivelului mrii cu 10-120 cm, pn n anul 2100 (studiu al Bncii Mondiale). Pe lng invadarea apei srate n acviferele de coast, vor fi inundate 902 milioane hectare de teren, respectiv 48 de orae din zona litoral. n Vietnam, de exemplu, s-a estimat c va fi necesar construirea a circa 4700 de kilometri de diguri.

5.3 Funcia de autoreglare a ecosistemelor

Pentru ca un ecosistem s desfoare o activitate normal i s-i poat ndeplini funciile (energetic i de circulaie) trebuie s aib o anumit stabilitate n timp i spaiu. Stabilitatea n ecologie este tendina ecosistemului de a rmne n apropierea unui punct de echilibru dup ce a suferit o perturbare.

Necesitatea autocontrolului rezult din faptul c att energia primit de un ecosistem natural (agroecosistemele fac excepie) ct i cantitatea de nutrieni disponibili sunt limitate. Pe de alt parte, dac nmulirea unei specii nu ar fi temperat s-ar ajunge la epuizarea resurselor de hran. Prin urmare, meninerea unei populaii n ecosistem este dependent pe de o parte de refacerea

27

hranei, iar pe de alt parte de pstrarea nivelului ei numeric la o valoare ct mai apropiat de cea optim. Valoare optim nseamn starea n care populaia s supravieuiasc i s-i ndeplineasc funciile n biocenoz, cu maximum de eficien.

n reglarea numrului de indivizi ntr-un ecosistem intervin populaiile care sunt n relaii cu ele, dar i factorii abiotici care pot oferi condiii favorabile sau nefavorabile de dezvoltare. De exemplu, ntr-un ecosistem acvatic populaiile algale sunt limitate pe de o parte de elementele nutritive aflate n ap, iar pe alt parte de ctre petii erbivori.

Agroecosistemele sunt sisteme perturbate antropogen i sunt foarte vulnerabile. Echilibrul lor poate fi meninut numai prin intervenii agrotehnice. Dei vegetaia este, de regul, foarte puin diversificat, ea poate suporta o faun foarte bogat. Efectul cel mai pgubitor al omului n ecosistemele agricole i nu numai const n distrugerea descompuntorilor prin pesticide. Distrugerea acestui nivel trofic poate conduce la ntreruperea ciclului local al materiei i la periclitarea resurselor minerale ale plantelor.

28

PARTEA a II-a ECOLOGIE AGRICOL

Capitolul 6 NOIUNI GENERALE PRIVIND AGROECOSISTEMELE

6.1 Definiie i istoric

Ca disciplin tiinific, Ecologia agricol a fost ntemeiat de italianul Girolamo Azzi. El o definea ca fiind o ramur a ecologiei corelate cu stiina agricol care are ca principal domeniu de studiu influena factorilor de mediu (biotici si abiotici) asupra creterii i productivittii plantelor de cultur.

Conceptele agroecologiei stau la baza lucrrilor de zonare ecologic a plantelor cultivate, n funcie de favorabilitatea condiiilor agropedoclimatice. Pentru aceasta este necesar cunoaterea climei fiecrei zone, precum i a preteniilor pedoclimatice ale fiecrei specii. Astfel avem posibilitatea s amplasm fiecare cultur agricol acolo unde gsete condiiile cele mai favorabile de cretere i dezvoltare. nfiinarea unei culturi ntr-o zon care nu corespunde cerinelor ecologice ale speciei i crearea artificial a acestor condiii este, de regul, neeconomic.

Schimper (1953) i Odum (1959) introduc n ecologie noiunea de optim ecologic care exprim raportul dintre cerinele plantelor i factorii de mediu. Cunoaterea acestui nivel de referin permite delimitarea zonelor ecogeografice, de la cele mai favorabile, pn la cele mai nefavorabile, unde cerinele biologice ale speciei sunt satisfcute doar parial sau sunt total improprii. Prin zonarea ecologic a culturilor crete eficiena valorificrii resurselor climatice, orografice i edafice care pemit convertirea maxim a energiei solare i a elementelor nutritive ale solului n energia chimic a produselor agricole. Orice abatere de la optimul ecologic nseamn cheltuieli suplimentare, consumuri mai ridicate de energie, ritm sczut de profitabilitate.

Caisul (Armeniaca vulgaris Lam.), de exemplu, este o specie pretenioas fa de cldur i de aceea vom amplasa aceast cultur doar n zonele unde temperatura medie anual este cuprins ntre 10-11,5oC. Mrul, n schimb, reuete bine i n localitile cu medii anuale de 9-10oC. De asemenea, nu vom nfiina plantaii de cais acolo unde temperaturile minime absolute scad sub -20oC, deoarece riscm s pierdem investiia. Mrul ns, dac s-a clit corespunztor nainte de instalarea iernii, va rezista pn la -35-36oC. Dac n pomicultura Brganului i a Dobrogei (Regiunea a XII-a pomicol) caisul d rezultate foarte bune, n judeul Bistria-Nsud (Regiunea a IV-a pomicol) nu vom ntlni plantaii compacte din aceast specie pomicol, din raiunile menionate anterior.

6.2 Specificitatea ecosistemelor agricole

Agricultura i sprijin precumpnitor activitatea pe selectarea din natur a diferitelor specii de plante, animale i microorganisme, creterea lor n condiii naturale, cvasi naturale sau artificiale, n scopul mririi produciei primare (plante) i secundare (animale), pentru obinerea de alimente i bunuri materiale. Dei agroecosistemele sunt similare cu ecosistemele naturale, ntre ele exist diferene importante din punct de vedere structural i funcional. Ecosistemele naturale au, n primul rnd, capacitate de autoreglare. Aceast trstur lipsete agroecosistemelor, mai ales celor simplificate la maximum, aa cum sunt, de exemplu, monoculturile. Absena capacitii de autoreglare i gsete explicaia n existena unui singur nivel trofic, cu anse foarte reduse n competiie cu un ecosistem natural. Majoritatea agroecosistemelor sunt, aadar, fragmente de ecosisteme, iar continuitatea lor poate fi asigurat numai prin aport de energie din afara sistemului. Dac n ecosistemele naturale singura surs de energie este cea solar, n cele agricole

29

omul introduce aa numita energie cultural. Scopul acestei aciuni este creterea productivitii biologice. Cu ct agroecosistemul este mai simplificat, cu att input-urile (energia cultural introdus n sistem) trebuie s fie mai mari, n vederea ntreinerii lui.

Energia cultural, introdus de om, este suma energiei biologice (munca omului i a animalelor) i a celei tehnologice (energia cheltuit de diverse maini i utilaje, inclusiv cea pentru fabricarea lor, energia ncorporat n ngrminte chimice, pesticide, combustibil etc.).

Creterea demografic i necesarul tot mai mare de alimente nu ne permit s renunm la input-rile de energie cultural din agricultur. Acestea trebuie s fie ns moderate. De exemplu, energia introdus de om ntr-o cultur de porumb modern se ridic la 700 kg petrol la hectar i se produc circa 5.000 kg boabe/hectar, n timp ce, ntr-o cultur tradiional se obin aproximativ 1.000 kg boabe de porumb pe aceeai unitate de suprafa. Conform datelor FAO, pentru fabricarea, distribuia i aplicarea unui kilogram de azot se consum 2 kg de combustibil fosil, pentru un kg de fosfor 0,2 kg, pentru unul de potasiu 0,18 kg, iar pentru un kg de pesticid 2,2 kg de combustibil fosil. Aceeai surs arat c irigarea unui hectar de teren necesit 100-200 kg/ha, iar un tractor consum anual 3-4 tone de combustibil.

Prile componente ale unui agroecosistem sunt agrobiotopul i agrobiocenoza. Agrobiotopul este componenta abiotic, nevie, a ecosistemului agricol. Este un biotop

transformat de om (fertilizri, irigaii, lucrrile solului etc.), n scopul satisfacerii cerinelor biologice ale plantelor de cultur sau ale animalelor domestice.

Biotopul agricol al Terrei este format din totalitatea terenurilor cultivate i a pajitilor create de om sau aprute n urma activitilor sale. Acesta ocup circa 30% din suprafaa uscatului (4,5 miliarde ha), 10% revenind culturilor agricole, iar 20% pajitilor. Terenurile acoperite de fitocenozele agricole difer ns foarte mult de la o zon la alta a Globului: n zona temperat 70-98%, n stepele uscate i silvostepe 50-70%, n zonele calde mediteraneene i cele subtropicale 30-60%, n savane 10-20%.

Numai 7% din biotopurile terestre ndeplinesc condiii foarte bune pentru agricultur. De aici rezult c, n momentul de fa, agricultura folosete cele mai bune biotopuri, iar extinderea suprafeelor agricole se poate face doar cu investirea unor importante resurse energetice. Aceeai situaie este i n Romnia unde terenurile agricole ocup circa 63% din suprafaa rii, din care 42% terenuri agricole, iar 21% puni, fnee, livezi i podgorii.

Obinerea de producii tot mai mari pe terenurile agricole, prin tehnici moderne, supune solul la presiuni tot mai mari, prin creterea eroziunii i scderea fertilitii.

Agrobiocenoza este partea vie a agroecosistemului i este alctuit din totalitatea organismelor vii. Aceste organisme sunt impuse de om, n cea mai mare parte, n funcie de scopul pe care-l urmrete. Plantele i animalele nedorite sunt eliminate de ctre om din agrobiocenoz, n favoarea componenilor utili (plante cultivate, animale domestice).

Biocenozele agricole sunt diferite fa de cele naturale i prin originea speciilor ce le compun. n ecosistemele naturale, speciile sunt autohtone, specifice zonei biogeografice respective, n timp ce, biocenozele agricole sunt alctuite, de regul, dintr-o singur specie, strin acelei zone (alohton).

La baza constituirii biocenozelo