Extras din cursul de eco

1.4. notiuni

Biotopul (grec. bios = via; topos = loc) reprezint un fragment de spaiu populat i transformat de ctre fiinele vii. El este caracterizat de un complex de factori de mediu, cunoscui sub denumirea de factori ecologici. Fiecare biotop constituie suportul fizic al unei biocenoze specifice, bine definite. Justus von Liebig (1840) a lansat ipoteza c organismele vii sunt n general limitate de ctre aciunea unui singur factor al biotopului care este insuficient n comparaie cu necesitile acestora. Aceast afirmaie a condus la enunarea legii factorului limitativ: rapiditatea sau amploarea de manifestare a proceselor ecologice este condiionat de ctre factorul de mediu care este reprezentat n mod necorespunztor. La aceea dat s-a ncercat totodat s se determine acel factor care limiteaz creterea i dezvoltarea speciilor. Ulterior, multe studii au relevat faptul c acest concept este prea simplist. S-a demonstrat c distribuia i existena speciilor este determinat de un complex de interaciuni dintre mai muli factori fizico-chimici, interaciunea acestora crescnd sau diminund efectul cumulat al fiecrui factor considerat separat. S-a artat apoi (Shelford, 1913) c un factor poate fi limitativ nu numai atunci cnd se afl n cantitate prea mic, ci i dac este n cantitate prea mare. Afirmaia a fost denumit: Legea toleranei (fig.1.1). Intervalul de valori cuprins n spectrul de variaie al factorilor abiotici, n care speciile pot supravieui i persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleran, iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleran. n interiorul intervalului de toleran exist o valoare optim la care metabolismul speciei se desfoar n cele mai bune condiii (intervalul optim).

Fig.1.1. Legea toleranei

Biocenoza sau comunitatea (bios = via, koinos = comun) reprezint un sistem de indivizi biologici din diferite specii ataai unui biotop. Termenul de biocenoz a fost introdus de K. Mobius n anul 1877. Biodiversitate - variabilitatea organismelor din cadrul ecosistemelor terestre, marine, acvatice continentale i complexelor ecologice; aceasta include diversitatea intraspecific, interspecific i diversitatea ecosistemelor.

Biomul reprezint o zon major de via care depinde de macroclim i care cuprinde un complex de biotopuri i biocenoze (deert, step, pdurea din zona temperat etc.).

Fig.1.2. Biosfera zonare vertical i repartiia suprafeelor ocupate de marile sale subdiviziuni. ( Fr. Ramade,1974, Elements d'cologie applique)

Biosfera este sistemul biologic global al Terrei (include partea inferioar aatmosferei, partea superioar a uscatului (litosfera - 148 Mio Km2) i hidrosfera - (369 Mio Km2), care prin structura sa biologic capteaz energia solar, o acumuleaz sub forma compuilor organici, interacioneaz cu crusta terestr i alte geosfere, influennd structura acestora i determin fluxurile materiale i energetice de pe Terra (fig.1.2). Este un sistem cibernetic planetar, care prin numeroase feed-back-uri controleaz amploarea variaiilor de temperatur meninnd aproximativ constant compoziia i proporia gazelor n atmosfer, compoziia chimic a apelor oceanice, structura i caracteristicile solului. Deteriorarea mediului presupune alterarea caracteristicilor fizico-chimice i structurale ale componentelor naturale i antropice ale mediului, reducerea diversitii sau productivitii biologice a ecosistemelor naturale i antropizate, afectarea mediului natural cu efecte asupra calitii vieii, cauzate, n principal, de poluarea apei, atmosferei i solului, supraexploatarea resurselor, gospodrirea i valorificarea lor deficitar, ca i prin amenajarea necorespunztoare a teritoriului. Dezvoltarea durabil este acea dezvoltare care satisface cerinele prezente fr a compromite generaiile viitoare, de a-i satisface propriile cerine.

Echilibru ecologic - ansamblul strilor i interrelaiilor dintre elementele componente ale unui sistem ecologic, care asigur meninerea structurii, funcionarea i dinamica armonioas a acestuia;

Sistemul de interaciuni complexe dintre specii i dintre acestea i mediu este numit ecosistem (fig.1.3). Elaborarea acestei noiuni i introducerea ei n tiin i aparine botanistului englez A.C.Tansley (1935). Ecosistemul este un sistem deschis, cu o alctuire complex dat de cele dou subsisteme componente i anume biotopul (mediul fizico-chimic, abiotic) i biocenoza (totalitatea vieuitoarelor, comunitatea de plante, animale, microorganisme care au ca suport un anumit biotop). Un ecosistem poate fi simplu sau complex, n funcie de numrul de nie ecologice n care organismele se pot dezvolta. Cu ct exist mai multe nie specializate cu att sistemul este mai complex. In general, sistemele cele mai complexe se regsesc acolo unde factorii limitativi sunt mai puin numeroi, iar fluctuaiiile climatice sunt de mic amplitudine. ecotipul sau rasa ecologic se caracterizeaz prin diferenierea populaiilor n funcie de condiiile ecologice. De exemplu, n cadrul aceleiai specii de peti pot exista rase care se nmulesc aproape de suprafaa apei i rase care prefer pentru nmulire zonele adnci ale apei. populaia local reprezint unitatea fundamental n cadrul speciei; ea este o unitate neomogen ce prezint o serie de diferenieri gradate n interiorul ei: ecoelementul reprezint componenta ecologic a populaiei locale; grupul morfobiologic n care se pot reuni categorii de indivizi deosebii prin caracteristici morfologice; biotipul constituie cel mai simplu element de structur al populaiei; cuprinde o serie de indivizi caracterizai printr-o anumit structur genetic, care se deosebesc de ali indivizi prin cel puin o mutaie. Ecotonul reprezint o zona de tranziie dintre dou ecosisteme caracterizat printro mare diversitate. Habitatul este mediul pe care l ntlnete fiecare specie ntr-o comunitate, el fiind compus din mediul fizic, mediul chimic i mediul biologic (populaiile celorlalte specii care alctuiesc biocenoza). Noiunea de habitat natural, aa cum este definit n Directiva Habitate nr.92/43/CEE privind conservarea habitatelor naturale, a florei i faunei slbatice, se refer la zone terestre sau acvatice ce se disting prin caracteristici geografice, abiotice i biotice, n ntregime naturale sau seminaturale. Habitatele naturale i seminaturale, ntlnite la nivel naional caracterizeaz mediul acvatic, terestru i subteran: habitate acvatice habitate marine, costiere i de ap dulce; habitate terestre habitat de pdure, de pajiti i tufriuri, habitat de turbrii i mlatini, habitat de step i silvostep; habitate subterane habitat de peter. Nia ecologic indic funcia unei specii, cmpul ei de activitate, relaiile cu comunitatea de specii. Noosfera este un termen utilizat de unii autori pentru a desemna biosfera modificat de om. Ali autori folosesc noiunea de tehnosfer, aceasta desemnnd o biosfer modern, n care numeroase ecosisteme naturale sunt mai mult sau mai puin deteriorate sau nlocuite de ecosisteme agricole, urbane sau industriale. Populaia este constituit din totalitatea indivizilor unui specii care triesc pe un teritoriu bine delimitat i care prezint caractere proprii (sau altfel spus, sistemul alctuit din

indivizi de origine comun, din aceeai specie, care alctuiete o unitate funcional i reproductiv, ataat unui anumit biotop). Sistemul reprezint un ansamblu de elemente unite prin diferite conexiuni i care constituie un ntreg organizat ce funcioneaz cu o calitate proprie. Specia este o unitate taxonomic fundamental a lumii vii, ce reprezint un nivel de organizare a materiei n care sunt integrate populaiile provenite din strmoi comuni, cu aceeai zestre ereditar i caractere distincte.

Teoria general a sistemelor 2.1. Concept Teoria general a sistemelor a fost formulat de L.von Bertalanffy n lucrarea ,,Biologie teoretic,, aprut n anul 1932. Sistemul este definit n ,,Enciclopedia Universal,, ca fiind ,,un ansamblu de fenomene i evenimente independente care sunt extrase din lumea exterioar printr-o aciune intelectual arbitrar, vizndu-se tratarea acestui ansamblu ca un ntreg. Din aceast definiie rezult c niciun sistem real nu poate exista izolat, ci el trebuie s aparin unui sistem mai cuprinztor n cadrul cruia are anumite atribuii. n literatur se gsesc numeroase definiii ale sistemului. N. Botnariuc i A. Vdineanu (1982) consider c sistemul reprezint ansamblul de elemente identice sau diferite unite ntre ele prin cele mai diferite conexiuni, care constituie un ntreg organizat ce funcioneaz cu o calitate proprie. Noiunea de sistem are o mare importan pentru tiin. Prin compararea sistemelor se pot evidenia unele trsturi comune ale lor, trsturi ce ne permit nelegerea mai profund a modului n care sunt organizate, cum funcioneaz i care sunt relaiile dintre ele i mediul nconjurtor. 2.2. Clasificarea sistemelor Din punct de vedere al relaiilor cu mediul, al schimbului de materie i/sau energie, sistemele pot fi clasificate n trei categorii (I. Prigogine, 1955): izolate, nchise i deschise. Sisteme izolate sunt acelea care nu realizeaz nici un fel de schimburi, materiale sau energetice, cu mediul nconjurtor. Ele sunt considerate sisteme ideale i nu exist n natur. Sistemele nchise sunt sistemele care realizeaz cu mediul doar schimburi energetice nu i materiale. Ele pot fi create n mod artificial, ca de exemplu: termosul, n care se pot pstra stabil anumite volume de lichid, fr modificri cantitative dar cu schimbri ale temperaturii (pierderea cldurii iniiale dac lichidul a fost cald, sau nclzirea acestuia, dac temperatura iniial a fost sczut). Sistemele deschise sunt sistemele naturale, care au cu mediul att schimburi energetice ct i materiale. In grupul sistemelor deschise intr toate sistemele biologice i cele mai multe sisteme lipsite de via (o stnc, un motor etc.). Sistemele biologice sunt sisteme deschise care se deosebesc de cele anorganice printro serie de nsuiri, dintre care unele sunt deosebit de importante din punct de vedere ecologic. Dac n sistemele deschise anorganice schimburile cu mediul nu implic transformarea condiiilor de mediu n factori specifici sistemului (un motor, de exemplu), n cele biologice, aceste schimburi reprezint o condiie vital. Materialul intrat n sistem este transformat n condiii proprii ale sistemului biologic, acesta refcnd i nlocuind prile uzate i degradate.

2.3. Caracteristicile sistemelor biologice Sistemele biologice prezint o serie de caracteristici generale care le deosebesc de cele anorganice i anume: caracterul istoric, informaional, integralitatea, echilibrul dinamic, dependena de condiia iniial, programul, autoreglarea, autoorganizarea i autoreproducerea. Caracterul informaional Sistemele biologice sunt sisteme informaionale care pot s recepioneze, prelucreze i s acumuleze informaii primite din mediu, urmnd ca la rndul lor, n anumite momente, s transmit informaii ctre alte sisteme pentru o ct mai bun integrare cu acestea, dar i pentru transformarea lor. N. Wiener (1963), fondatorul ciberneticii, arat c ,,informaia apare ca o necesitate discontinu sau continu de evenimente msurabile, repartizate n timp. Transmiterea informaiei se realizeaz prin succesiuni de semnale (evenimente). Un organism (o populaie) poate recepiona i transmite informaii pe ci fizice (sunete, culori), chimice (miros, substane chimice din sol) i fiziologice (comportamente diferite, gesturi etc.). nregistrarea i transmiterea informaiei genereaz ns entropie (stare de dezorganizare a echilibrului ecologic). Aceasta deoarece procesele sunt legate de un substrat material (unde sonore, substane chimice) care se realizeaz cu o cheltuial de energie. Fiecare sistem biologic nregistreaz informaia n modul su propriu, caracteristic. De exemplu, la indivizii biologici, o modalitate de transmitere a informaiei ereditare este codul genetic, care const din succesiunea nucleotidelor din macromoleculele acizilor nucleici; o populaie nregistreaz informaia prin trsturile sale structurale (structura genetic pe vrste, sex, spaial, etc.), desfurnd o anumit activitate prin care modific ntr-un anume fel ecosistemul n care este inclus. Cantitatea de informaie depinde de gradul de organizare al sistemului. Cu ct un sistem este mai organizat, cu att el conine o cantitate mai mare de informaie. Dar, ntruct sistemele biologice evolueaz n timp i cantitatea de informaie crete (un organism tnr are o organizare i un grad de informaie inferior unuia adult). Pentru a se asigura conservarea sistemului, tendina general care se manifest n decursul evoluiei sistemului biologic este de a realiza cantitatea optim de informaie i nu pe cea maxim. Un rol important revine i fidelitii cu care este transmis informaia. Ea poate fi afectat de erori determinate att de factori interni ct i de factori externi. Un mijloc de asigurare a fidelitii mesajului l constituie fenomenul de redundan. Acesta const n transmiterea informaiei ntr-o form dezvoltat, precum i n repetarea ei (de ex. caracterul dublu al garniturii cromozomice n celulele organismelor). W. Elsasser (1958) aprecia c ,,un mesaj este redundant cnd nu este n forma lui cea mai scurt. Potrivit principiului lui Dancoff ,,orice organism sau organizaie care progreseaz prin evoluia competitiv se apropie de acest optim, adic el va comite cu att mai puine erori cu ct progreseaz i folosete minimum de informaie redundant necesar spre a menine erorile la acest nivel. De aici rezult c nivelul informaiei redundante ntr-un sistem, trebuie s fie limitat, chiar dac este un sistem cu un coninut enorm de informaie (fiina vie). Acest principiu are importan n special n dinamica i structura populaiilor. Redundana excesiv este inutil i chiar duntoare, pentru c duce la pierdere de energie i chiar la alterarea informaiei (de ex. poliploidia, suprapopulaia). Tendina sistemelor biologice este de a realiza redundana optim, care s asigure fidelitatea necesar transmiterii informaiei cu minimum de pierderi. Aceast nsuire este esenial pentru procesul de integrare al organismelor n mediul de via, avnd consecine la nivelul organizrii sociale, a relaiilor intra i interspecifice, a relaiilor cu resursele mediului i condiiile de via.

Integralitatea Aceasta este o trstur general a sistemelor deschise cu importan deosebit pentru sistemele biologice. Ea arat c sistemul integrator posed nsuiri noi fa de cele ale prilor componente datorit numeroaselor conexiuni dintre acestea. nsuirile sistemului nu se pot reduce la suma nsuirilor prilor lui componente deoarece din interaciunea acestora apar trsturi noi ale prilor i trsturi proprii ale ntregului. De exemplu, o biocenoz are nsuiri diferite (productivitatea biologic) de cele ale populaiilor componente; o populaie are anumite nsuiri (densitate, structur) pe care nu le are individul. Cauza diferenelor o reprezint legturile diferite ale populaiei cu hrana, dumanii i factorii biologici din cele dou ecosisteme etc. Acelai lucru putem afirma i despre sistemele anorganice (apa are nsuiri cu totul diferite de ale hidrogenului i oxigenului care o compun). n vederea persistenei lui n timp un sistem trebuie s-i pstreze subsistemele componente. Lipsa unui subsistem, datorit interdependenelor, produce disfuncionaliti ale ntregului i chiar distrugerea lui. De exemplu, n cazul majoritii funciilor unui organism: respiraie, termoreglare etc. Studiind integralitatea unui sistem ne dm seama de importana consecinelor metodologice (rezultatele cercetrilor de laborator cu unele populaii trebuie confruntate cu datele din teren pentru a avea o reprezentare ct mai corect). Integralitatea, o dat realizat, poate deveni cauza unor noi diferenieri, care vor duce la creterea coninutului informaional al sistemului dat. Integralitatea nu este la fel de dezvoltat n cadrul tuturor sistemelor biologice. Ea este mai pronunat la organismele individuale, mai puin pronunat la populaii - se realizeaz ca urmare a diferenelor morfo-funcionale i comportamentale intrapopulaionale (ntre diferite grupri din structura populaiei) i prin schimburi informaionale ntre indivizi rezultnd coeziunea, dar i independena indivizilor aparinnd unei populaii i scade la nivelul biocenozei. Dezvoltarea integralitii coincide cu creterea organizrii sistemului i are ca efect i, sporirea eficacitii autocontrolului i echilibrului su dinamic.

Programul Const n reaciile unui sistem biologic de-a lungul evoluiei lui la diferite condiii de mediu. Structura unui sistem biologic nu este rigid. Un program reprezint o stare posibil a unui sistem biologic ca urmare a schimbrilor intervenite n mediul cu care este n contact. Aceast trstur este legat de nsuirile structurale, funcionale i comportamentale ale sistemului biologic care se pot modifica ntre anumite limite i care permit realizarea unor stri diferite. ntruct orice sistem biologic are mai multe stri posibile putem spune c are la fel de multe programe. Dar, se realizeaz numai acele programe pentru care exist condiii de mediu potrivite. De exemplu, seminele n condiii de uscciune se menin n stare de repaus, iar n condiii de umiditate, germineaz. n orice sistem exist o ierarhie de programe. Ele au fost clasificate astfel (Amosov): programe proprii sau pentru sine adic strile structurale care asigur autoconservarea sistemului dat. Exemple n acest sens sunt: programele care asigur absorbia apei i a elementelor nutritive, sintetizarea substanelor organice de ctre plante; un organism ce face parte dintr-o populaie posed o serie de instincte i reflexe de aprare, de asigurare a hranei etc.

programe inferioare programele subsistemelor componente ale organismului. De exemplu, n cazul unei celule - programele organitelor celulare, al amiloplastelor; n cazul unui organism - programele celulelor, esuturilor i organelor. programe superioare reflect rolul, funcia unui subsistem dat n asigurarea existenei sistemului superior n care este integrat. Exemplu programele ce asigur reproducerea i nmulirea plantelor sau animalelor. Programele sistemelor biologice pot fi modificate ntr-o oarecare msur n sensul dorit de om. Exemple: domesticirea animalelor, cultivarea plantelor, orientarea metabolismului n anumite direcii etc.

Echilibrul dinamic Este o stare caracteristic a sistemelor biologice i reprezint o consecin a nsuirii fundamentale a sistemelor deschise de a ntreine un permanent schimb de substan i energie cu sistemele nconjurtoare. n cazul sistemelor anorganice nu putem vorbi despre un echilibru dinamic. Conservarea lor n timp depinde de gradul lor de izolare fa de sistemele nconjurtoare. Spre deosebire de acestea, sistemele biologice i au existena condiionat de meninerea relaiilor materiale, energetice i informaionale cu mediul. Ele au capacitatea de autorenoire (premisa dezvoltrii i a evoluiei), dar i pstreaz individualitatea determinat genetic, realiznd un echilibru dinamic ntre stabilitate i schimbare. Sistemele biologice, pe seama surselor de energie exterioare sistemului, au capacitatea de a rezista n mod activ la variaiile necontrolabile ale mediului ambiant, de a compensa creterea entropiei i de a o depi (au un comportament antientropic, care permite de exemplu, creterea cantitii de substan organic, realizarea produciei biologice). In cazul nivelului populaional, se remarc un echilibru dinamic n privina numrului indivizilor dintr-o populaie, a structurii genetice, pe vrste, sexe etc., cu creteri sau scderi dependente de condiiile de mediu, ce oscileaz n jurul valorii ideale (raport ntre numrul de indivizi nivelul sursei de hran dimensiunea spaiului ocupat). Autoreglarea Meninerea sistemelor biologice este posibil numai dac acestea pot s controleze procesele lor interioare, contracarnd aciunea mediului, care are tendina s dezorganizeze sistemul. Ex.: - densitatea la gru se realizeaz prin nfrire. Constituirea genofondului unei specii este un proces lent determinat de autoreglare i adaptare. Sistemele biologice sunt sisteme cibernetice (fig. 2.1). De aceea, orice sistem este organizat ntr-un mod care s-i permit: recepia informaiei; circulaia, acumularea i prelucrarea informaiei; selecia rspunsului; efectuarea rspunsului sistemului fa de stimuli.

Fig. 2.1. Schema unui sistem autoreglabil

Funcionarea coordonat a sistemelor biologice se bazeaz pe existena conexiunii inverse (a feedback-ului fig. 2.2), prin care valoarea rspunsului este comunicat la dispozitivul receptor i apoi la centrul de comand i este comparat cu comanda emis. Astfel, dac ntre aceast valoare i comand exist o diferen (situaie care se ntmpl de obicei) ea se transform ntr-o nou comand care determin un nou rspuns .a.m.d. Conexiunea invers poate fi dou tipuri: negativ i pozitiv. Cea mai rspndit modalitate de autoreglare este conexiunea invers negativ care are efect stabilizator asupra sistemului. Prin aceasta se reduc efectele perturbrilor, adic depirea unui anumit prag al variaiei parametrilor de stare ai sistemului. De exemplu, un model simplu de realizare a conexiunii negative este reprezentat de termostat: creterea valorii temperaturii determin oprirea curentului pn la restabilirea temperaturii potrivite. Alte exemple: un animal homeoterm, la scderea temperaturii, va rspunde printr-o modificare a mecanismului fiziologic de termoreglare, iar dac acest mecanism este suprasolicitat i este insuficient, recurge la gsirea unui adpost sau la gruparea cu ali indivizi, limitnd astfel pierderile de cldur.

Fig. 2.2. Reprezentarea simplificat a sistemului de reglare feedback ntre diferitele niveluri de organizare (intensitatea culorii indic tria interaciei) In cazul feed-back-ului pozitiv, rspunsurile sistemului sunt permanent amplificate. Fr existena unor mecanisme reglatorii, un asemenea tip de autoreglare ar putea duce la autodistrugerea sistemului, deci la schimbarea profund a strii lui. Exemple: n timpul naterii la mamifere are loc o eliberare mare de ocitocin, au loc contracii puternice care, la rndul lor determin o sporire a nivelului hormonului respectiv i apoi din nou a contraciilor. Procesul are loc pn la expulzarea ftului i puin dup aceasta, dup care nivelul ocitocinei scade, ca urmare a interveniei unor mecanisme suplimentare; aprovizionarea n exces cu azot a plantelor, n condiii favorabile de umiditate, determin creterea suprafeei foliare, creterea posibilitii de asimilare, crete masa vegetal, lucru ce poate implica pierderea rezistenei la boli a plantei, rezistena la cdere etc. n realitate, n cadrul sistemelor biologice feed-back-ul pozitiv este cuplat cu feedback-ul negativ, ceea ce asigur realizarea echilibrului dinamic. n acest fel funcioneaz sistemul de meninere a parametrilor mediului intern de la om (temperatura corpului, concentraia de glucide, presiunea sngelui, valoarea pH, etc.).

Autoreglarea evideniaz comportamentul activ al unui organism fa de variaiile mediului: el alege activ hrana, caut i i face adpostul, evit dumanii sau se lupt cu ei, apr descendenii alege mediul cu condiiile favorabile etc. Procesul de autoreglare se manifest i n cazul sistemelor biologice supraindividuale (populaie, biocenoz, biosfer), el conducnd la meninerea sistemului respectiv n condiii specifice de mediu. De exemplu, n cazul unei biocenoze de pdure, un factor perturbator poate fi constituit de nmulirea exagerat a insectelor defoliatoare. Dac acest factor nu ar fi contracarat, existena ntregului ecosistem ar fi pus sub semnul ntrebrii. Refacerea echilibrului normal dintre speciile biocenozei se realizeaz, de exemplu, prin intervenia psrilor insectivore (prin nmulirea lor). Autoreglarea la nivel populaional este mai puin prompt i eficient dect la individual. Se realizeaz prin diferite mecanisme de feed-back intrapopulaional i cu mediul. Se refer mai ales la caracteristicile populaionale ce in de rata reproducerii, nivelul numeric al populaiei, densitatea, dinamica n timp, structura pe vrste, raportul dintre sexe, etc. Feedbefore este un mecanism de anticipare, de prevenire. De exemplu: vzul permite orientarea n timpul micrii i prevenirea accidentelor; puii de cucuvele sunt hrnii cu cantiti de prad ce scade de la puiul mare la cel mai mic. ansa de supravieuire scade n acest sens rezultnd prevenirea suprapopulaiei cu rpitoare care ar duce la riscul dispariiei speciei ce constituie prada; procesele de organogenez la gru; cderea fiziologic a fructelor etc. Surse de energie Toate organismele depind de aportul energetic (provenit de la soare sau din moleculele cu energie nalt), de disponibilitatea apei i a nutrienilor pentru metabolism i dezvoltare. Cu excepia ctorva ecosisteme (unele peteri, sisteme hidrotemale de mare adncime) n care energia solar nu este principala surs de energie ntreaga energie utilizat de organismele vii provine (ori a provenit odat) de la soare. Chiar combustibilii fosili crbunii, petrolul i gazele naturale - pe care se bazeaz astzi economia civilizaiei moderne sunt de fapt rezerve de energie solar captat i depozitat n fosilele organismelor ce au trit cu milioane de ani n urm. 3.1. Radiaia solar Principala surs de lumin i energie termic pentru ecosistemele naturale este reprezentat de radiaia solar (fig. 3.1). Energia emis de Soare este n jur de 73,5 x 10 6 Wm2 din care Pmntul primete numai 0,0005%. Radiaia solar are lungimi de und cuprinse ntre 1 (Angstrom, 1 = 10-10 m) i civa kilometri (n cazul undelor radio lungi). Radiaia solar care ajunge la limita superioar a atmosferei este n principal de und scurt (0,25-4m)- (aprox. 99%). Din aceasta, aproximativ 9% reprezint radiaie situat n domeniul ultraviolet, 42% n domeniul vizibil, iar 48% n domeniul infrarou. Lumina vizibil, perceptibil de organele de sim ale organismelor este numai o fraciune din spectrul larg al radiaiei electromagnetice care include undele radio, microundele, radiaiile infraroii, lumina vizibil, radiaiile ultraviolete, radiaiile x i radiaiile gamma (fig. 3.2)

Fig.3.2. Tipuri de radiaii electromagnetice i domeniul lungimilor de und caracteristice (http://www.physicalgeography.net) Energia solar parcurge spaiul sub form de cuante de energie numite fotoni care interacioneaz cu atmosfera i suprafaa pmntului. Cantitatea de energie solar care ajunge n straturile superioare ale atmosferei este de 2 calorii/cm2/minut (constanta solar). Aceasta variaz n funcie de latitudine (n zonele nordice intre 40-50 kcal/cm2/an, n cele temperate 80-100, iar n deerturile tropicale peste 200 kcal/cm2/an, n zona Deltei Dunrii 130 kcal/cm2/an), altitudine (la fiecare 1000 m intensitatea radiaiei solare incidente crete cu 515%, n funcie de mai muli factori), anotimp, expunere, pant etc. Energia solar care ajunge la nivelul suprafeei Pmntului este mai redus dect valoarea constantei solare datorit absorbiei i dispersiei acesteia, ca urmare a interaciunii fotonilor cu atmosfera terestr. La suprafaa scoarei terestre energia solar are valoarea medie global de 1,6 cal/cm2 i pe minut. La traversarea atmosferei terestre, radiaia solar sufer modificri cantitative i calitative datorit fenomenelor de absorbie i difuzie. Intensitatea acestor fenomene este proporional cu parcursul prin atmosfer care depinde de unghiul de nlime al Soarelui. O prim modificare pe care radiaia solar o sufer este datorat absorbiei selective de ctre gazele i vaporii de ap din atmosfer. Din punct de vedere cantitativ se remarc absorbia datorat vaporilor de ap la 1100, 1400, 1600 i 1900 nm; absorbia radiaiilor solare cu lungimi de und mai mici de 300 nm de ctre ozon (care asigur protecia organismelor vii mpotriva radiaiilor UV); absorbia radiaiilor cu lungimile de und de 2750, respectiv 4250 nm datorat prezenei CO2 i a celor cu lungimi de 690 i 760 nm de ctre O2. Difuzia atmosferic este datorat interaciunii radiaiei solare cu moleculele constituenilor atmosferici i cu aerosolii aflai n suspensie n aer i are ca rezultat modificarea compoziiei spectrale a radiaiei solare ce traverseaz atmosfera. Radiaia net i componentele sale variaz n cursul unei zile. Astfel, ziua, bilanul este pozitiv, ceea ce determin acumularea de cldur n sol, n timp ce noaptea, bilanul este negativ i ca urmare solul se rcete. Valoarea radiaiei nete este condiionat de starea suprafeei solului. La nivelul zonelor acvatice, energia solar total incident la suprafaa apei are o valoare medie estimat de 1,4 1012 calorii/ minut. Din aceast energie, o cantitate variabil ntre 3% i 40% este reflectat de suprafaa apei, n funcie de unghiul de inciden (50, respectiv 5) dar i de prezena valurilor la suprafaa luciului de ap (fig.3.3).

Fig. 3.3. Influena unghiului de inciden cu suprafaa apei asupra absorbiei/reflexiei radiaiei solare (sursa: S. Frontier, op. cit., p.29) Apa absoarbe lumina n mod diferit, n funcie de lungimea de und a radiaiei solare. Radiaiile din sectorul rou al spectrului solar sunt absorbite mai rapid, n timp ce radiaiile din sectoarele albastru i verde penetreaz orizonturi mai profunde. Radiaiile verzi ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante n cadrul fotosintezei clorofiliene. De aceea, n mri i oceane, n orizonturile la care ptrund aceste radiaii, plantele acvatice (de genul algelor roii care pot fi prezente pn la adncimi de 500 m) utilizeaz un pigment diferit de clorofil denumit ficoeritrin. Cantitatea i calitatea radiaiei luminoase care ptrunde n ecosistemele acvatice este diferit n funcie de intensitatea fenomenelor de reflecie, refracie, absorbie i dispersie. Din acest motiv, transparena apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiioneaz adncimea maxim la care lumina solar poate fi utilizat de ctre plante n procesul de fotosintez. n apele cu transparena pn la 1 m ptrunde 5% - 10% din totalul energiei solare incidente la suprafaa apei, iar la adncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezint numai 0,003 0,01 cal/cm2 i minut (fig. 3.4)

3.2.2. Rspunsul organismelor la stimulul luminos Plantele reacioneaz diferit la compoziia luminii, intensitatea luminoas i durata de iluminare. Lumina joac un rol nsemnat n procesele de cretere i dezvoltare al plantelor. Procesul de fotosintez este influenat att de absorbia radiaiei solare din domeniul 400-700 nm ct i de repartiia radiaiei n interiorul covorului vegetal. Vegetaia se comport diferit n funcie de lungimea de und: reflectana frunzelor este sczut n domeniul vizibil (0,4-0,7m), cea mai mare parte din radiaia incident este absorbit de pigmenii clorofilieni i carotenoizi din frunze; n domeniul infrarou (0,7-1,3 m) absorbia datorat pigmenilor frunzei este foarte slab; n domeniul infrarou mijlociu (1,3-2,5 m) proprietile optice sunt determinate de coninutul n ap al frunzelor, fiind cunoscute benzile de absorbie ale apei situate la 1,45, 1,95 i 2,50 m. La nivelul covorului vegetal o parte din radiaiile solare sunt reflectate de ctre plante (70% din infraroii i 10-20% spectrul vizibil verde), o parte sunt absorbite i folosite n fotosintez (albastre i roii), iar o parte trec prin nveliul vegetal la nivelul solului (fig. 3.6).

Covorul vegetal modific i compoziia spectral a luminii datorit adncimii de ptrundere a radiaiei i a indicelui suprafeei foliare. Modificarea radiaiei globale n interiorul nveliului vegetal se exprim printr-o lege asemntoare Legii lui Bouguer-Lambert:

E gz E g 0 e K L LAI ( z )n care Egz Ego KL LAI radiaia global la nivelul z n interiorul nveliului, radiaia global la partea superioar a nveliului vegetal; coeficient de extincie n funcie de arhitectura nveliului vegetal, indicele suprafeei foliare.

Astfel, n straturile situate la baza covorului vegetal se primete de 5-8 ori mai mult energie n infrarou apropiat dect rou, iar radiaia verde reprezint dublul celei roii. De asemenea, aceste straturi pot primi de 10-20 ori mai mult radiaie infraroie comparativ cu cea activ fotosintetic. Horticultorii afirm c lumina bleu este mai important pentru creterea frunzelor, n timp ce lumina roie stimuleaz nflorirea. Radiaia ultraviolet crescut poate conduce la scderea concentraiei clorofilei i deci la ncetinirea ritmului acumulrii de biomas. S-a constatat c radiaiile roii i cele galbene prezint cea mai mare importan pentru fotosintez i pentru sinteza hidrailor de carbon, iar cele albastre pentru sinteza substanelor proteice. Clorofila a prezint dou maxime de absorbie, unul n albastru (0,440 m) i cellalt n rou (0,650-0,700 m). Prin comparaie, clorofila b absoarbe mai puternic n albastru i mai slab n rou (fig. 3.7.). Celulele multor specii de plante superioare pierd clorofila i culoarea verde atunci cnd sunt inute la ntuneric timp de mai multe zile (fenomenul de etiolare). Procesul de etiolare este cauzat de lipsa enzimei care catalizeaz sinteza clorofilei. Dac plantele etiolate sunt reexpuse la lumin, n cteva ore are loc sinteza a mai mult de 60 enzime fotosintetice, ARN-r cloroplastic i clorofil. n funcie de expunerea la lumin se pot nregistra de asemenea: variaii n structura frunzei, a concentraiei sucului celular i a cantitii de ap; variaii n cantitatea de pigmeni; variaii n procesele de transpiraie i respiraie; modificri n producerea de glucide, aminoacizi, proteine, etc.. Studiile efectuate au demonstrat c lumina violet stimuleaz i rata reproduciei la psri i animale. In general, plantele care triesc n zone de umbr utilizeaz radiaiile cu intensitate sczut mult mai eficient dect speciile care se dezvolt n plin soare, ns, n situaia invers (la radiaii cu intensiti mari) plantele ce se dezvolt n plin soare sunt mai eficiente. Diferenele menionate sunt datorate arhitecturii nveliului vegetal (nlimea plantelor, indicele suprafeei foliare, orientarea frunzelor). Frunzele plantelor ce cresc n zone luminoase sunt expuse la soare n unghi ascuit ceea ce face ca radiaia incident s fie mprtiat pe o zon mai mare din suprafaa frunzei i s-i reduc practic intensitatea. De aceea o radiaie care ar fi supraoptimal atunci cnd cade perpendicular pe frunz va fi optim pentru frunzele ce formeaz un unghi mai mic n cursul evoluiei lor, plantele s-au adaptat s triasc n diferite condiii de lumin. Din acest punct de vedere plantele se pot grupa n: heliofile, care necesit lumin intens, cum sunt Agropyron sp., Festuca vallesiaca; sciofile, de umbr, care prefer lumina mai puin intens, cum sunt Corydalis

sp., Brachypodium silvaticum etc.; helio-sciofile, adic plante heliofile care pot suporta i un oarecare grad de umbr, de ex: Cynodon dactylon, Digitaria sanguinalis, Galinsoga parviflora etc. Ele sunt repartizate n natur n funcie de optimul intensitii luminoase. Lumina prezint frecvente variaii zilnice, ciclice, extreme i accidentale datorate variabilitii geografice i expoziionale. Ca urmare, ea impune modificri ale ecosistemelor, care pot fi: accidentale (schimbarea brusc a vremii); ciclice. Ritmul impus de lumin este foarte stabil, el avnd la baz fenomene de origine astronomice. Ca urmare, el a permis de-a lungul timpului dezvoltarea unor fenomene de adaptare a organismelor. Ritmurile zilnice de activitate ale animalelor, plantelor, protistelor, fungilor, cianobacteriilor i al altor organisme s-au dovedit a avea cteva caracteristici comune: perioada este n mod remarcabil insensibil (nu depinde) la temperatur, dei, prin scderea temperaturii se poate reduce drastic amplitudinea efectului ritmic, ritmurile de via sunt continue, ele putnd exista chiar i cteva zile, chiar dac n mediu nu exist condiiile obligatorii de supravieuire, cum ar fi perioada zi-noapte (lumin-ntuneric), ritmurile de via pot fi ncadrate, n anumite limite, dup ciclurile zi-noapte (lumina-ntuneric) ce au valori diferite dect 24 de ore. Astfel, perioada de exprimare a organismului poate fi fcut s coincid cu cea a ciclului zi-noapte la care este expus, expunere de scurt durat la lumin poate modifica ciclul, producnd o schimbare de faze (o inversare a fazelor). Ritmul circadian poate fi caracterizat astfel: perioada este lungimea unui ciclu i amplitudinea este magnitudinea unei schimbri dup trecerea ciclului (fig.3.7). Fotoperiodismul este un proces care determin schimbri morfologice, biochimice i fiziologice n viaa organismelor. Plantele reacioneaz la durata de iluminare a zilei (fotoperiodism) n parcurgerea unor fenofaze (germinarea, nflorirea, coacerea fructelor, etc.). Plantele furnizeaz un numr imens de exemple de cicluri de via. Fiecare specie i declaneaz activitatea care devine mai intens dup un anumit timp. Aa de exemplu, unele plante i deschid florile seara: luminia (Osnotheria bionnis), regina nopii (Nicotiana affinis), alte plante, dimpotriv i deschid florile ziua. La trifoi, frunzele plantei n mod normal coboar i se nchid n timpul nopii i se deschid la rsritul soarelui. Ele continu s se deschid i s se nchid ntr-un ciclu de aproximativ 24 de ore. Mecanismele care permit organismelor s-i modifice starea n mod ciclic se numesc ceasuri biologice. Ceasurile biologice sunt ,,potrivite,, de fotoreceptori. S-a demonstrat c fitocromii i receptorii pentru lumina albastr afecteaz durata ceasului biologic, prezentnd culori diferite la lungimi de und diferite i intensiti ale luminii. Aceast diversitate a fotoreceptorilor poate fi o adaptare a plantei la modificrile luminii dintr-un mediu, n cursul unei zile sau a unui anotimp. De exemplu, ceasul biologic al plantei Arabidopsis se bazeaz pe activitatea a cel puin 3 gene ceas. Aceste gene-ceas codific proteine reglatoare care interacioneaz pentru a produce o oscilare a ciclului de via (fig. 3.9). n funcie de durata zilei plantele se clasific n: plante de zi lung, care au nevoie pentru nflorire i fructificare de zile lungi (15-20 ore - gru, orz, ovz; crinul); plante de zi scurt, cele care cresc vegetativ vara i fructific spre toamn

(tutunul, porumbul, crizantema, brndua de toamn); plante indiferente la lungimea zilei (floarea soarelui, vinetele).

Efectul informaional al luminii pentru animale const n perceperea formelor, culorilor, distanelor i a micrilor obiectelor nconjurtoare, dar i n modificarea activitii lor: perioada de via activ, latent, nprlirea, migraia etc. De exemplu, n mediul acvatic alternana zi noapte determin comportamente specifice la diferite grupe de organisme. Astfel, n ecosistemele acvatice lacustre, precum i n cele maritime, producia primar (fotosintetic) se realizeaz n timpul zilei, n timp ce consumul fitoplanctonului de ctre zooplanctonul fitofag (specializat n consumul de alge microscopice) se realizeaz n mare msur pe timpul nopii. Aceast alternan este cunoscut sub denumirea de migraia nictemeral pe vertical a zooplanctonului. Zooplanctonul se menine pe timpul nopii n orizonturile superficiale ale apei i "migreaz" spre adncimi n timpul zilei. Aceasta permite fitoplanctonului s se multiplice exponenial pe parcursul zilei, deoarece este consumat cu o rat mai mic de ctre zooplancton. Pe parcursul nopii, zooplanctonul revine spre zonele de suprafa consumnd fitoplanctonul dezvoltat n exces. n ziua urmtoare, biomasa vegetal constituit de algele microscopice se va regenera i astfel ciclul se reia. Zooplanctonul de talie redus va fi consumat mai ales n timpul nopii de ctre animalele zooplanctonofage, care pot efectua o migraiune pe vertical defazat cu 12 ore, consumnd n timpul zilei zooplanctonul i retrgndu-se pe perioada nopii n ape mai adnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin, ncadrndu-se astfel n lanul trofic. Acestor ritmuri ale migraiei le pot fi asociate uneori adaptri foarte specifice, remarcndu-se coincidene ntre ciclurile ontogenetice, migraii i regimul hidrologic al maselor de ap. Lumina determin de asemenea aa numitul fenomen de fototropism. Plantele i n special animalele pot reaciona diferit. Fototropismul reprezint tendina organelor plantelor de a se ndrepta ctre o surs de lumin. Una dintre substanele care se pare c mediaz multe tropisme este auxina care determin alungirea celulelor. Cnd o extremitate a plantei este luminat numai pe o parte, auxina se acumuleaz pe partea umbrit a vrfului conducnd la o alungire mult mai rapid a celulelor de pe acea parte (comparativ cu viteza de alungire a celulelor de pe partea luminat) ceea ce conduce la curbarea tulpinii ctre sursa de lumin. fig. 3.11. Pentru a se utiliza o cantitate ct mai mare de energie solar n ecosistemele artificiale, de-a lungul timpului, s-au stabilit diferite metode de dirijare a luminii. Cu titlu de exemplu pot fi menionate urmtoarele metode: zonarea culturilor, care permite realizarea unei bune concordane ntre resursele climatice i cerinele biologice; crearea unui regim de lumin corespunztor n covorul vegetal prin controlul densitii plantelor, orientarea rndurilor de plante pe direcia N-S, combaterea buruienilor, fertilizare; practicarea unor sisteme de culturi asociate (mixte) i /sau succesive etc.

3.3. Temperatura aerului, apei i a solului. Aspecte generale 3.3.1. Temperatura aerului Acest factor influeneaz direct sau n corelaie cu ali factori ecologici parametrii structurali i funcionali ai populaiilor naturale i implicit compoziia biocenozelor. Din punct

de vedere ecologic, temperatura este n general o consecin a manifestrii radiaiei solare prin componenta ei caloric. n studiile ecologice msurarea temperaturii i monitorizarea fluctuaiilor acesteia sunt elemente de baz pentru caracterizarea biotopurilor. n prezent, pentru msurarea temperaturii se folosesc dou scri de temperatur: scara Celsius (C), cu precdere n rile europene i scara Fahrenheit (F), n Statele Unite. Acestea se definesc cu ajutorul scrii Kelvin (K) care constituie scara fundamental a temperaturilor n tiin i tehnic. La 0K (zero absolut) agitaia termic nceteaz. Temperatura medie este de 13C n emisfera de nord (cu 14C diferen ntre zi i noapte) i 15C n emisfera sudic cu 7C diferen). Diferena dintre cele 2 emisfere este dat de repartiia inegal a continentelor i a oceanelor, de o parte i de alta a Ecuatorului. Importana acestor valori medii pentru funcionarea ecosistemelor este limitat avnd n vedere valorile locale, amplitudinile i frecvena oscilaiilor. Oscilaiile maxime ntre zi i noapte sunt nregistrate n deert (+50-+10C), n timp ce maximele intersezoniere sunt observate n regiunile polare (+15 -70C). Variaia regimului termic n funcie de condiiile topografice este evident n zonele muntoase, unde creterea altitudinii cu 100m peste nivelul mrii este urmat de scderea temperaturii medii anuale cu 0,5C. Efectul temperaturii asupra biologiei i fiziologiei organismelor trebuie urmrit din trei puncte de vedere: efectul temperaturii medii. efectul temperaturilor extreme (pe care organismele le pot sau nu suporta), efectul periodicitii. n ceea ce privete aciunea temperaturii asupra ecosistemelor aceasta se manifest n mai multe feluri: selecia speciilor dup tolerana lor i/sau exigenele termice, modificrile raporturilor competitive ntre specii. Cantitatea de cldur care ajunge pe Terra este diferit. Ea scade de la Ecuator spre poli, realizndu-se o zonare latitudinal termic a Globului (existena celor trei climate principale: cald, temperat i rece) i o zonare latitudinal termic a vegetaiei: zona pdurilor ecuatoriale, cu frunze persistente, a savanelor i a pustiurilor tropicale (zona cald sau boreal); zona pdurilor cu frunze cztoare, a pdurilor de conifere i a stepelor (zona temperat); zona tundrei polare (zona rece sau arctic). n Romnia, vegetaia se manifest prin urmtoarele uniti zonale pe latitudine i altitudine: 1. Zon de step, ntre 0 i 100m, n cmpiile i podiurile din sud-estul Romniei. Se disting dou subzone: step cu graminee i step cu graminee i dicotiledonate; 2. Zon de silvostep, ntre 50 i 150m, n cmpiile i podiurile din estul, sudul i vestul Romniei. Se disting dou subzone: silvostep nordic cu stejari mezofili i silvostep sudic cu stejari xerofili; 3. Zon pdurilor de foioase, ntre 100-400m, n cmpiile, piemonturile i podiurile periferice regiunii muntos-deluroase (aceasta ntinzndu-se ntre 300-400m i 1.300-1.450m i se caracterizeaz prin pduri de gorun i pduri de fag). Se disting dou subzone: pduri de stejari mezofili i pduri de stejari termofili-submezofili; 4. Zon pdurilor de conifere (boreal), ntre 1.300-1.450 i 1.750- 1.850m cu pduri de molid montane i pduri de molid subalpine; 5. Zon subalpin, 1.750-1.850 i 2.000-2.200m, cu rriti de molid, zmbru i tufriuri de jneapn i rododendron;

6. Zon alpin, 2000-2200m, cu tufriuri pitice de Salix, Loiseleuria i pajiti de Festuca supina, Carex curvula i Juncus trifidus. n afara condiiilor climatice generale exist microclimate care depind de relief i de vegetaie. 3.3.2. Temperatura solului Temperatura solului este rezultanta schimburilor energetice ale suprafeei cu atmosfera precum i rezultanta proceselor de transfer care determin distribuia acestei energii n sol. Solul constituie un loc de acumulare a cldurii pe parcursul zilei i surs pentru nclzirea de suprafa pe durata nopii. Fluxul de cldur ctre i dinspre sol este un proces de conductivitate termic. Acest proces depinde de proprietile solului (porozitate, umiditate, coninutul n materie organic). n sol, cldura este permanent transferat ctre adncime (ziua) i spre suprafa (noaptea). Ca urmare, suprafaa solului este mai rece dimineaa i mai cald dup amiaz. Proprietile termice ale solului sunt greu de estimat deoarece solul este foarte eterogen din punct de vedere structural i textural. Cunoaterea proprietilor termice ale solurilor are o important utilitate practic pentru agricultur, ntruct temperatura intervine n asigurarea condiiilor normale de via pentru plante i microorganisme, precum i n procesul de solificare. Regimul termic al solului poate fi dirijat prin diverse metode precum: eliminarea excesului de ap prin drenaj, anuri de scurgere a apei, arturi adnci etc.; efectuarea de lucrri de afnare pentru creterea permeabilitii; fertilizarea organic; mulcirea solului; realizarea perdelelor forestiere de protecie etc. 3.3.3. Temperatura apei mrilor i a lacurilor Temperaturile de la suprafaa apelor sunt cuprinse ntre -2C i +32C. Pe fundul lacurilor cu ape dulci temperatura este de +4C (fig.3.12). Stabilirea temperaturii unei ape este un fenomen destul de complex care implic: un bilan radiativ i un schimb de cldur cu atmosfera, fie prin conducie direct, fie prin evaporare sau condensare. n condiii uzuale cantitatea de cldur pierdut la suprafaa apei prin evaporare este de 5-10 ori mai mare dect cea pierdut prin conducie. 3.4. Rspunsul organismelor la variaiile de temperatur Aciunea temperaturii a determinat la vieuitoare numeroase adaptri care permit meninerea unei bilan termic n care intrrile de energie sunt egale cu pierderile. Transferul de energie caloric ntre mediu i vieuitoare se realizeaz direct prin energia radiant a razelor solare, prin conducie, prin convecie, prin evaporare sau evapotranspiraie. Pentru fiecare organism exist un interval optim de temperatur n care procesele metabolice se desfoar cu o intensitate maxim (acestea sunt cuprinse ntre 0 0-50C). La plante exist temperaturi optime pentru germinaia seminelor, fotosintez, fructificare etc. (optimul trebuie interpretat ns n legtur i cu ceilali factori ecologici). Dezvoltarea i activitatea indivizilor din diferite specii ncepe la o anumit temperatur minim (temperatura zero a dezvoltrii) i poate continua pn la atingerea unei temperaturi maxime. Temperaturile cuprinse ntre minim i maxim se numesc temperaturi eficiente. Cantitatea total de cldur necesar pentru dezvoltarea unui organism reprezint suma temperaturilor eficiente. Aceasta se poate determina pentru fiecare specie astfel: C=(T-T1)N,

n care T T1 N

temperatura zilnic, temperatura corespunztoare limitei minime, durata n zile.

Legea sumei temperaturilor zilnice efective arat c, dac ntr-o regiune nu este ntrunit suma de zile grade necesar populaiei date pentru a-i desvri dezvoltarea i reproducerea, specia nu se va putea instala n locul dat. Dar, dac aceast sum a temperaturilor este suficient de mare, specia va avea mai multe generaii pe an, fapt ce implic creterea rolului speciei n circulaia i transformarea materiei i energiei n ecosistem. n cazul creterii microorganismelor efectul temperaturii este corelat cu aciunea acestuia asupra reaciilor lor enzimatice. Viteza celor dou procese crete progresiv pe msur ce temperatura se ridic, pn atinge un nivel optim. Peste aceast limit, viteza lor scade, pn cnd enzima este denaturat de temperatura ridicat. La microorganisme nu se poate vorbi despre o temperatur optim pentru o anumit specie, ci o temperatur optim pentru fiecare din activitile ei biologice. Plantele reacioneaz la aciunile duntoare ale temperaturilor nefavorabile, prin mecanisme anatomo morfologice (de ex. portul pitic, reducerea raportului suprafa/volum, culori deschise ale tulpinilor etc.) i fiziologice de reglare a temperaturii (reglarea intensitii transpiraiei, acumularea de sruri sau zaharuri n celule etc.). Orice temperatur extrem poate distruge membranele celulare. Temperaturile ridicate destabilizeaz membranele i denatureaz multe proteine (n special unele enzime ce particip la procesul de biosintez). Temperaturile sczute determin pierderea fluiditii membranelor i alterarea permeabilitii acestora, iar cele foarte sczute, sub punctul de nghe, determin formarea cristalelor de ghea care pot strpunge organitele i membranele plasmatice. Un mecanism de adaptare al plantelor la temperaturi sczute const n modificarea compoziiei acizilor grai din membrane, iar n cazul unor temperaturi foarte sczute n producerea proteinelor de oc termic. Acestea sunt produse i n cazul unor temperaturi ridicate. n funcie de cerinele fa de temperatur plantele se grupeaz astfel: megaterme - temperatur peste 20C n tot timpul anului (ex. palmierii); mezoterme - temperaturi medii de 15-20C (mslinul, lmiul, dafinul); microterme - vegeteaz bine la temperaturi mici de 0-15C (ex. coniferele); hekistoterme - condiii polare, rezist la temperaturi sczute. La animale, influena temperaturii este mult mai evident. Pentru fiecare populaie/ organism se distinge o temperatur optim la care procesele metabolice se produc cu cele mai mici pierderi de energie (acestea sunt cuprinse ntre 0-50C). De exemplu, pentru broasca estoas de ap european, temperatura optim pentru obinerea ambelor sexe n proporii relativ egale, este de 29C, iar dac aceasta este mai mic, se vor obine mai muli masculi; peste aceast temperatur vor fi mai multe femele. Organismele se clasific n: homeoterme (cele ce i menin aproximativ constant temperatura corpului majoritatea psrilor i a mamiferelor); poikiloterme (speciile la care temperatura corpului se modific odat cu fluctuaiile termice ale mediului exterior nevertebrate, peti, amfibieni, reptile). La multe organisme poikiloterme temperatura mediului extern constituie factorul limitant i condiionant al numrului de generaii (fig. 3.13). Dup modul de reglare al temperaturii corpului organismele sunt: organisme endoterme - capabile s produc cldur intern pentru a-i ridica temperatura corpului (pasrile i mamiferele);

organisme ectoterme - care se bazeaz pe sursele externe de cldur pentru cretere temperaturii corpului (reptilele, protozoarele).

Endotermele menin o temperatur intern ridicat prin generarea cldurii metabolice. Pe timp rece, activitatea muscular crescut prin tremur ori exerciii simple constituie un mecanism de cretere a produciei de cldur metabolic (fig.3.14) La multe specii chiar temperatura hipotalamusului reprezint o important surs de informaie-feed-back pentru termoreglare. De exemplu, rcirea hipotalamusului determin ca petii i reptilele s perceap temperatura ambiental ca fiind mai mic dect n realitate, iar nclzirea acestuia are efectul contrar. La mamifere, rcirea hipotalamusului poate stimula constricia vaselor de snge ce alimenteaz pielea i creterea activitii metabolice. Ca urmare, determin creterea temperaturii corpului. Din contr, nclzirea hipotalamusului stimuleaz dilatarea vaselor de snge ce alimenteaz pielea, apariia transpiraiei i astfel temperatura general a corpului scade. Unele animale endoterme, cum ar fi vulpea arctica (vulpea argintie) sunt ,,specialiti,, ai vremii reci. Strategia lor evident mpotriva temperaturilor sczute este izolarea datorat prezenei unui strat gros de blan. Se cunoate ns i faptul c n cazul scderii temperaturii are loc o cretere a longevitii i a taliei organismelor. Exemplul tipic n acest sens este cel al variaiei dimensiunilor la diferite specii de vulpi (fig.3.15). Animalele acvatice se bazeaz predominant pe stratul de grsime pentru izolarea termic, deoarece blana i pierde mult din capacitile izolatoare odat cu intrarea n ap. Alt strategie pentru vremea rece o constituie scderea temporar a ratei metabolismului i a temperaturii corpului. Aceasta scdere controlat a temperaturii corpului duce la scderea diferenei de temperatur dintre corpul animalului i aer minimiznd astfel pierderea de cldur. Mai mult, avnd o rat de metabolism sczut este mai economic din punct de vedere energetic. Pentru a se adapta la temperaturi extrem de sczute, organismele acvatice dezvolt diferite modaliti de evitare e efectelor acestora. De exemplu, larvele unor chironomide pot supravieui n ghea prin existena unor mecanisme care le permite deshidratarea esuturilor i deci scderea punctului de nghe implicat de creterea presiunii osmotice la nivel celular. Multe specii de alge monocelulare microscopice care alctuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci, de la latitudini mai mari, sunt capabile de sinteza unor substane grase formate din acizi grai cu un grad sczut de saturare, sau acizi grai nesaturai. n sezonul rece, unele specii de peti din familia Cyprinidae (crapul comun, carasul argintiu etc.) reacioneaz la valorile sczute de temperatur a apei trecnd n stri fiziologice speciale cum este starea de amorire sau iernatul petilor. Petii se aglomereaz n zone mai adnci i nu se deplaseaz, reducnd la minimum pierderile de energie datorate micrii, care nu pot fi compensate metabolic din cauza inexistenei surselor de hrnire Un fenomen asemntor poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intr n componena zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci. Acestea sunt capabile s sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecie i se constituie n rezerve energetice ce le permite s reziste la temperaturi sczute. Exist un numr restrns de specii, care posed adaptri deosebite ce le asigur conservarea indivizilor la temperaturi foarte sczute sau foarte ridicate. Este vorba despre starea de criptobioz (kryptos ascuns) sau anabioz, cnd procesele metabolice ale organismului aproape nceteaz urmnd ca acestea s fie reluat n condiii corespunztoare (unele bacterii, ciuperci, semine, cerealele pioase de toamn sub zpad).

Alte animale, cum sunt veveriele de pmnt (fig. 3.16), iau msuri mult mai drastice. Ele hiberneaz n timpul lunilor din anotimpul rece, sczndu-i temperatura corpului la o valoare puin superioar temperaturii mediului nconjurtor. Contrar credinei populare, urii nu sunt adevrai hibernani deoarece ei suport doar o scdere uoar a temperaturii corpului, iar aceast activitate poate fi considerat doar un somn adnc. Organismele ectotermele care se bazeaz cel mai mult pe sursele externe de cldur, adopt strategii foarte diferite n timpul frigului. Ele au un sistem de izolare foarte slab sau absent. Acest lucru le ajut s capteze uor cldur din mediu n perioadele calde, dar constituie un impediment n timpul perioadelor reci. Fr a avea capacitatea de a preveni pierderea de cldur n vremea rece, ectotermele s-au adaptat fie s tolereze ngheul, fie s triasc n medii extrem de reci fr s apar cristale de ghea n corpul lor. Animalele intolerante la nghe (sensibile la nghe) cum sunt muli peti antarctici, evit ngheul prin prezena unor compui anti-nghe n organismul lor. Controlul circulaiei sangvine la nivelul pielii poate fi un element important pentru adaptarea ectotermelor. Un exemplu l poate constitui iguana de Galapagos Archipel (fig. 3.17). Cnd iguanele intr n ocean pentru a se hrni, temperatura corpului lor ncepe s scad. Ca urmare a scderii temperaturii i activitatea metabolic este ncetinit astfel nct ele sunt mai vulnerabile la atacul prdtorilor i incapabile s digere hrana eficient. Iguanele alterneaz perioadele de stat n ap cu cele de nclzire la soare, pe pietre fierbini. Pstrarea cldurii acumulate un timp ct mai ndelungat este esenial pentru supravieuirea speciei i ca urmare ele i-au adaptat un sistem ce const n modificarea ritmului cardiac i a debitului de snge ce irig pielea. Alte ectoterme cresc temperatura corpului prin producerea de cldur. De exemplu, multe insecte pot zbura doar dup ce temperatura muchilor ce antreneaz aripile ajunge n zona 3541C i ele trebuie s-i menin temperatura n acest interval n timpul zborului. Pentru creterea temperaturii muchilor aceste insecte i contract muchii utilizai n zbor ntr-o manier analoag tremuratului mamiferelor. n cazul microorganismelor, la temperatura minim de dezvoltare, metabolismul este sczut, iar ritmul de cretere i diviziune celular este ncetinit. n cazul unor bacterii, intervalul dintre dou diviziuni poate crete de la 20 minute la 6-7 ore Limita inferioar a temperaturilor minime este considerat a fi temperatura de -5C, ntruct punctul de congelare al constituenilor celulari este mult mai sczut dect cel al apei pure, n prezena moleculelor organice i minerale pe care le conin n soluie. Temperatura optim este aceea la care dezvoltarea populaiei de microorganisme se face la modul cel mai intens, cu alte cuvinte, are ca rezultat formarea celui mai mare numr de celule ntr-un timp dat. Aceast valoare nu coincide ns cu aceea a temperaturilor optime pentru diferite activiti fiziologice ale celulei sau cu viteza de fermentaie sau de acumulare a unui produs de metabolism. Temperatura maxim de dezvoltare este, de obicei, cu 10-15C mai mare dect temperatura optim a microorganismului respectiv. n funcie de temperaturile lor de dezvoltare, microorganismele se pot clasifica n: Criofile reprezentate de bacterii i levuri izolate din solurile ngheate, zpad i ghea, suprafaa i intestinul unor peti marini, fecalele de pescru i foci. Mecanismele termoreglabile nu sunt cunoscute, sunt ns n literatur prezentate unele ipoteze. Criofilele, n mediile oceanice, pot permite utilizarea eficient a nutrienilor disponibili; unele bacterii criofile pot avea efect n recircularea i utilizarea chitinei, foarte rezistent la degradare; pot fi

surs de hran, dar n acelai timp pot avea efect negativ asupra alimentelor conservate prin frig. Mezofile se dezvolt la temperaturi cuprinse ntre 25-40C. n aceast categorie sunt incluse microorganismele patogene pentru om i animale. Nu se dezvolt la temperaturi sub 10C datorit inactivrii unor procese metabolice. Termofile. Din aceast categorie fac parte microorganismele prezente la suprafaa solurilor nsorite (50-70C), n produsele nsilozate care fermenteaz (60-65C), n apele termale, compost etc. Nici n cazul lor, nu sunt explicate n mod clar mecanismele moleculare ale termofiliei. Ele pot dezvolta activiti fermentative, dar i unele particulare: celulozoliz, reducerea sulfailor, utilizarea hidrocarburilor etc. Hipertermofile se dezvolt la temperaturi cuprinse ntre 80-110C i pot fi ntlnite n efluenii fierbini ai staiilor geotermale, regiunile hidrotermale submarine, anaerobe.

Apa n ecosistem 4.1. Consideraii generale Ca factor ecologic, apa reprezint componentul esenial al materiei vii (n mod curent 65-80% din biomas participnd la toate procesele fiziologice i biochimice. Cea mai mare parte din suprafaa globului este reprezentat de ape, oceanele ocupnd 70,8% - 361 milioane km2. Apa are o distribuie diferit n timp i spaiu ceea ce creeaz condiii foarte diverse. Dac n emisfera nordic suprafaa oceanului este cu 54 milioane km2 mai mare dect cea a uscatului (1,53%), n emisfera sudic aceasta depete de 4,28 ori suprafaa uscatului. In funcie de participarea apei la structurarea mediului exist urmtoarele tipuri de medii: mediul marin i oceanic (97 %). Compus din: mediul litoral/costier, mediul pelagic, mediul abisal (bentonic), mediul deschis, mediul hidric al organismelor vii; mediul apelor continentale (3%). Compus din: mediul apelor dulci de suprafa 1% (mediul lacustru, mediul hidric pedologic, mediul fluvial, mediul hidric al organismelor vii), mediul glaciar 79%, mediul apelor subterane 20%.

Conform datelor UNESCO, rezerva mondial de ap este de aproximativ 1.386 milioane km3, din care peste 97% este ap srat. Din totalul de ap dulce, peste 68% este blocat n ghea/ gheari, iar 30% se gsete n subteran. Sursele de ap dulce de suprafa (rurile i lacurile) nsumeaz 93.100 km3. Apa contribuie la zonarea latitudinal i altitudinal a vegetaiei i la mprirea zonelor mari n subzone. Cantitatea total anual de ap din precipitaii determin caracterul general al ecosistemului astfel: o cantitate de 0-250 mm precipitaii czut anual caracterizeaz o zon de deert, 250-750 mm stepa, savana, 750-1250 mm pdurile din zonele umede, >1250 mm pdurile ecuatoriale (fig. 4.2. i tabelul 4.1.).

Fig. 4.2. Zonarea vegetaiei n funcie de cantitatea de precipitaii Tabelul 4.1. Clasificarea regiunilor pe baza indicelui de ariditate Zona climatic P/ETP % din suprafaa globului Foarte arid 0.65 39.2 Rece > 0.65 13.6 Sursa: WMO-UNEP Report (1996): Interactions of Desertification and Climate 4.2. Circuitul apei Apa este supus unui proces continuu de circulaie, avnd o component atmosferic n care predomin faza gazoas i una terestr, n care predomin fazele lichide i solide. Circuitul biogeochimic al apei presupune ansamblul transformrilor apei (sub form lichid sau vapori) ntre continente, oceane i atmosfer. El este influenat de o serie de factori care condiioneaz anumite procese fizice i chimice din atmosfer, determinnd umiditatea atmosferic i chiar climatul regiunii respective. Factorii care alctuiesc baza circuitului apei n natur sunt: evaporaia, condensarea i precipitaiile. Evaporaia este procesul natural prin care apa din hidrosfer, litosfer i biosfer, n contact direct cu aerul atmosferic se transform n vapori, trecnd n nveliul gazos al Pmntului. Transformarea este nsoit de consum de energie care este preluat din mediu (se exprim ca flux de cldur latent Jm-2sec-1). Prin evaporaie se restituie atmosferei un nsemnat procent de ap pe care aceasta a pierdut-o prin precipitaii. Cnd fenomenul se produce direct de la suprafaa apei vorbim de evaporaie potenial, iar cnd se produce de la suprafaa solului i a nveliului vegetal, de evapo-transpiraie. Evaporaia potenial este mai intens n anotimpurile calde i descrete de la tropice - ecuator spre cei doi poli. Cantitatea de ap care se evapor la nivelul unei suprafee depinde de radiaia net la nivelul suprafeei, temperatur, viteza vntului, deficitul de saturaie, presiune atmosferic etc.

Condensarea este procesul care are loc n atmosfer, acolo unde surplusul de vapori ajuni la saturaie, la o temperatur sczut, se transform n picturi de ap, sau sublimeaz, sub forma unor mici cristale de ghea. Procesul condensrii (respectiv al sublimrii) nregistreaz mai nti o faz de formare a norilor i a ceii i, apoi, o faz de formare a precipitaiilor. A doua faz nu este absolut obligatorie, de foarte multe ori, condensarea oprindu-se la faza de cea-nori (norii iau natere prin condensarea sau cristalizarea vaporilor de ap) Precipitaiile reprezint apa care cade pe pmnt, cu durat i intensiti diferite, din atmosfera saturat n vapori. Prin precipitaii nelegem: ploaia, zpada, grindina, roua, bruma, chiciura (promoroaca). Precipitaiile atmosferice constituie sursa apelor curgtoare, precum i a apelor subterane (prin procesul de infiltraie). In cadrul circuitului apei (fig.4.3.), pe lng fenomenele amintite anterior, un rol important l au scurgerile superficiale. Acest fenomen crete n intensitate pe msur ce crete panta terenului i uneori are un efect nedorit provoac eroziunea solului. De asemenea, nu sunt de neglijat infiltrrile i curgerile subterane. O dat cu acest circuit sunt antrenate n circulaie i substane solubile care astfel ies din ecosistem. Intrrile i ieirile variaz ca intensitate i volum n funcie de categoriile de ecosisteme i de variaiile sezoniere ale climei. Fiecare ecosistem are un bilan hidric propriu. Meninerea echilibrului dintre intrri i ieiri a condus n timp, la dezvoltarea unor adaptri morfologice, fiziologice i comportamentale ale vieuitoarelor pentru a permite supravieuirea populaiilor.

4.3. Apa n atmosfer n atmosfer, apa se gsete n toate cele trei stri de agregare: gazoas (vapori de ap), lichid (ploaie, nori, cea, rou) i solid (zpad, ghea, grindin). Transformrile dintr-o stare n alta care au loc n mod continuu sunt nsoite de consum sau eliberare de energie (fig. 4.4). Umiditatea atmosferic reprezint cantitatea de ap existent la un moment dat n atmosfer sub form de vapori i poate fi exprimat n dou moduri: umiditate absolut (Uabs) reprezint cantitatea (greutatea) de vapori de ap coninut la un moment dat de unitatea de volum de aer (g. vapori de ap/m3 de aer). Aceasta crete odat cu temperatura. umiditatea relativ, Urel - (%) reprezint cantitatea de vapori existent n aer, raportat la cantitatea de vapori din aerul saturat, n condiii date de temperatur i presiune sau raportul procentual fa de presiunea maxim a vaporilor de ap existeni n atmosfer la o temperatur dat. U U rel abs 100 Um Deficitul de saturaie reprezint diferena dintre umiditatea maxim (Um) i cea absolut. Acesta caracterizeaz intensitatea de evaporare a apei i intensitatea transpiraiei. Cu ct deficitul de saturaie este mai mare, cu att aerul este mai uscat, iar intensitatea de evaporare a apei i intensitatea transpiraiei este mai mare. Pentru speciile terestre, umiditatea aerului are o importan deosebit deoarece ea condiioneaz intensitatea transpiraiei i prin urmare consumul de ap al plantelor, atacurile agenilor patogeni etc.

Ploaia reprezint cea mai important surs de ap i are o mare influen asupra ecosistemelor prin cantitate, repartiie, durat i torenialitate. O ploaie este util dac ea poate fi utilizat de ctre plante deoarece, n anumite situaii, cantiti importante se pierd prin scurgere la suprafa sau prin percolare. Ploaia util este acea fraciune din totalul precipitaiilor care este interceptat efectiv de vegetaie i/sau este stocat n orizontul de sol explorat de rdcini i care este utilizat n evapotranspiraia sistemului sol-plant Zpada protejeaz plantele i solul de temperaturile sczute din timpul iernii, iar primvara, prin topire, mbib solul cu ap meninndu-l rece, ntrziind intrarea rapid a plantelor n vegetaie, ceea ce le-ar expune pericolului ngheurilor trzii. Roua (fig. 4.5) i ceaa- pun la dispoziia plantelor cantiti mici de ap (cca. 10% din precipitaiile anuale) dar sunt importante pentru c au o anumit ritmicitate. 4.5. Apa din sol Apa din sol i apa subteran determin regimul hidric al solului i are influene asupra organismelor vii. Apa gravitaional formeaz - stratul acvifer periodic al solului, iar cea subteran, prin poziia i natura ei poate influena negativ sau pozitiv organismele vii. Apa din sol se poate gsi n diferite forme, fiecare avnd nsuiri diferite: apa liber este apa din porii solului care se afl n afara forelor de sorbie ale particulelor de sol. Ea poate fi: capilar (apa reinut de porii capilari cu diametru sub 1 mm) care are cea mai mare importan pentru plante, ntruct este uor mobil i gravitaional (apare cnd apa care se acumuleaz n sol depete nivelul corespunztor apei capilare). apa legat fizic este apa adsorbit la suprafaa particulelor de sol. Cantitatea de ap adsorbit depinde direct de structura solului, textura acestuia, dar i de caractere macroscopice precum panta i drenaj. Un sol echilibrat conine 28-30% ap, un sol nisipos-15%, un sol argilos-40%, turba -60%. Coninutul de ap din sol este ntr-o permanent schimbare. ntruct apa din sol se afl sub influena diferitelor fore, care i afecteaz mobilitatea i accesibilitatea, plantele folosesc numai o parte din aceast ap, de regul, cea care se afl n intervalul umiditii active (I.U.A) . Acest indicator este cuprins ntre valorile corespunztoare capacitii de cmp i ale coeficientului de ofilire. Coninutul solului n ap influeneaz puternic activitatea microorganismelor din sol. S-au demonstrat modificri importante att n compoziia sistematic ct i n activitatea microorganismelor odat cu variaia umiditii din sol. Activitatea biologic global a unui sol tinde s scad odat cu scderea coninutului de ap, dar contrar celor ntlnite la plante, punctul de ofilire (PF-4,2) nu constituie un prag indicator al ncetrii activitii microbiene. Apa din sol acioneaz ca solvent pentru nutrienii minerali, dar i pentru unii poluani, influeneaz micarea gazelor (un sol slab drenat este slab oxigenat), pH etc. Apa are un rol hotrtor n procesul de formare al solului. Astfel, procesele de dezagregare i alterare, formarea de noi minerale, formarea humusului i a orizonturilor de sol, numeroase reacii chimice depind de prezena apei. Apa influeneaz desfurarea tuturor proceselor fizice, fizico-chimice i biologice care determin fertilitatea solului. 4.6. Biotopul acvatic Apa este un mediu de via pentru un imens numr de organisme, cu biotopuri specifice, care determin funcionarea unor ecosisteme specifice complexe (ecosistemele acvatice).

Ponderea biotopurilor acvatice (peste 70% din suprafaa total a Pmntului) precum i calitile specifice apei ca substan chimic determin importana global a acesteia n climatul planetar. n circuitul ei, apa preia un numr mare de minerale, substane organice i gaze. Ca urmare apele naturale reprezint nite soluii ale diferitelor substane. Cea mai variat compoziie o au apele subterane. Componenii chimici ai apelor naturale se mpart n 6 grupe: a. Ionii principali care includ K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, SO42-, HCO3-, CO32-. Ionii principali ptrund n apele naturale din rocile muntoase, minerale, sol sau n urma activitii de producie a omului. Compoziia ionic este foarte complex (90 de ioni principali) care se menin n proporii constante. Compoziia chimic a apelor dulci de suprafa este extrem de diferit de aceea a apelor marine mai ales sub aspect cantitativ, dar i calitativ. Salinitatea este cca. 1%o. Apele dulci continentale conin mai ales ioni de calciu, magneziu (responsabili de duritatea apei), sodiu, potasiu, bicarbonai (99%), la care se adaug concentraii reduse de sulfai, fosfai i azotai. Compoziia ionic a apelor dulci fluctueaz n limite foarte largi fiind condiionat de evoluia altor factori ai biotopului. Ponderea ionilor fosfat i azotat este redus ns importana nivelului concentraiei acestora este mare deoarece influeneaz decisiv nivelul produciei primare. n apa mrilor i oceanelor salinitatea standard este situat n jurul valorii de 35%o (din care 27%o - NaCl), aceasta prezentnd unele variaii, ca de exemplu: 40%o la suprafaa Mrii Roii, 38%o n Marea Mediteran, 17,7%o n Marea Neagr, 35,5%o n Atlanticul de Nord, 10%o n unele puncte din Marea Baltic. Aceste variaii cumulate cu variaiile de temperatur au drept consecin stratificarea vertical a apelor. De asemenea, acioneaz asupra organismelor prin presiunea osmotic. Salinitatea oceanelor a rmas aproape neschimbat de-a lungul istoriei geologice. n general, proporia principalilor constitueni ai apei marine rmne relativ constant indiferent de modificrile valorilor salinitii. Excepie face concentraia ionilor de calciu care variaz mai mult dect celelalte componente. Explicaia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice precum i coralii care formeaz carbonat de calciu (CaCO3). Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor sau prin evaporaie poate afecta local concentraia ionilor de calciu, mai ales n apele mai puin adnci. Disocierea carbonatului de calciu n anumite zone poate de asemenea modifica concentraia de calciu i ionul carbonat (CO32-). Dup gradul de toleran al organismelor la salinitate, acestea se clasific n dou grupe ecologice: eurihaline, care suport oscilaii largi ale salinitii; stenohaline, care suport variaii nguste ale acestui factor. n general, salinitatea constituie factorul chimic specific ecosistemelor acvatice ale crei fluctuaii n timp i spaiu influeneaz profund structura biocenozelor naturale, impunnd adaptri complexe populaiilor componente i condiionnd arealul geografic al speciilor. b. Gazele dizolvate - O2, N2, H2S, CH4 .a. Concentraia gazelor din ap se apreciaz dup presiunea parial i constanta lui Henry (K = p(O2)/c(O2)). Conform legii lui Henry concentraia gazului dizolvat n lichid este direct proporional cu presiunea parial a gazului de deasupra lichidului. Solubilitatea gazelor n ap depinde att de natura acestora ct i de temperatura lichidului

Cele mai importante gaze dizolvate n apele mrilor sunt oxigenul molecular (O2) 48 mg/l i CO2 - concentraii diferite. Coninutul acestor gaze este meninut n echilibru ca urmare a fenomenelor fizice (echilibrul cu atmosfera, echilibrul ntre gaze, carbonai i bicarbonai) i biologice (fotosinteza, respiraie, degradarea bacterian a materiei organice). Concentraia oxigenului dizolvat scade rar sub jumtate din nivelul de saturaie al aerului (4 mg/l), datorit consumului redus din mediul oligotrof, rece i hiperbaric. Concentraia de CO2 din mediile acvatice crete cu adncimea datorit stratificrii. Variaiile concentraiilor de CO2 prezint importan i datorit corelaiilor cu valorile pH. Dioxidul de carbon atmosferic (CO2) se dizolv n apa marin i prin hidratare formeaz acid carbonic-H2CO3. Acidul carbonic este divalent ceea ce explic existena a dou reacii cu formare de bicarbonat (HCO3-) i carbonat (CO32-). Coexistena acestor doi ioni n ap creeaz un sistem chimic de tampon care regleaz pH-ul i concentraia de dioxid de carbon. Astfel, dac exist o concentraie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic, exist i o concentraie crescut de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determin o aciditate crescut a apei. Dac dioxidul de carbon este reprezentat sub form de bicarbonai i carbonai, concentraia ionilor de hidrogen este mai redus, ceea ce determin o valoare mai mare a pH-ului i deci o tendin alcalin a apei. n apele marine se gsesc cantiti mari de carbon organic dizolvat. Se estimeaz c din carbonul total dizolvat, 3-5% este reprezentat de carbonul organic, restul fiind carbon mineral. c. Substanele biogene - n special compuii azotului i ai fosforului. Concentraiile lor n apele dulci de suprafa variaz n limite foarte mari: de la urme pn la 10 mg/l. d. Microelementele. n aceast grup intr toate metalele, n afar de ionii principali i de fier: Cu2+, Mn2+, ali ioni ai metalelor tranziionale precum i anionii Br-, F-, I- .a. care se ntlnesc n bazinele acvatice naturale n concentraii foarte mici. Prezena lor este ns necesar pentru funcionarea normal a organismelor vii. e. Substanele organice dizolvate (SOD) reprezint formele organice ale elementelor biogene. Acest grup include diferii compui organici: acizi, alcooli, aldehide, cetone, eteri, esteri ai acizilor alifatici (lipide), fenoli, substane humice, compui aromatici, hidrai de carbon, compui cu azot (proteine, acizi aminai, amine) .a.m.d. Pentru caracterizarea cantitativ a SOD se folosesc indicatori indireci: coninutul total de C.org., N.org., P.org., oxidarea apei cu permanganat sau bicromat (CCO), consumul biochimic de oxigen (CBO5). Substanele organice sunt prezente n apele de suprafa n concentraii relativ mici (de obicei 50 cm/sec multe organisme care populeaz aceste medii sunt antrenate de curentul de ap, ele rezistnd numai dac au capacitate de aderen la substrat. Petii se comport diferit, ei avnd tendina de a nota mpotriva curentului de ap. Temperatura apei variaz n funcie de perioada din zi, sezon, altitudine i de coninutul n oxigen dizolvat (cantitatea mai mare se afl spre izvoare i scade progresiv spre aval).

Lacurile sunt bazine acvatice stagnante, localizate n depresiuni ale scoarei terestre cu origini diferite. n funcie de concentraia srurilor, conin ap dulce, salmastr sau srat. n funcie de gradul de iluminare, lacurile cuprind zone cu importan pentru microorganisme i activitatea acestora. ntr-un lac, nclzirea suprafeei se manifest prin stratificarea masei de ap i ca urmare printr-o stabilitate pe vertical n ansamblu. Din contr, o rcire a suprafeei, nsoit de cderea ploilor i /sau prezena vnturilor puternice, omogenizeaz masa apei, care devine instabil. Aceste variaii au un caracter sezonier (fig. 4.12). 4.7. Influena apei asupra organismelor Coninutul n ap al din plante este destul de ridicat n perioada activitii vitale: alge 96-98%, iarb 83-86%, tulpinile arborilor 40-55%, tuberculii de cartof 74-80% , n tomate - 90 %; n mere - 85 %; n castravei - 95 %; n pepeni verzi - 96 % etc. , n timp ce n seminele uscate ea scade la aproximativ 10-15% din greutate.

Apa este indispensabil plantelor. Ea particip n mod direct sau indirect la toate procesele fiziologice i biochimice care se petrec n plant, influeneaz ritmul de cretere al rdcinilor etc. Pentru plantele terestre sursa de aprovizionare cu ap o reprezint solul care

funcioneaz ca un rezervor pentru apa provenit din precipitaii. Plantele pot utiliza apa existent n sol n dou moduri: fie se deplaseaz ctre rdcina plantelor, fie rdcina plantelor crete ctre zona de sol aprovizionat cu ap. Nu toat apa care se gsete n sol este accesibil plantelor, aceasta deoarece fora de absorbie a acesteia de ctre rdcini este mai mic dect fora de reinere la nivelul particulelor de sol sau n micropori. Pe durata perioadei de vegetaie, plantele au cerine diferite fa de ap. Sunt unele faze, numite critice, n care lipsa apei poate determina reducerea biomasei i respectiv a productivitii biologice. Fiecare ecosistem are un bilan hidric propriu. Meninerea echilibrului dintre intrri i ieiri a condus n timp, la dezvoltarea unor adaptri morfologice, fiziologice i comportamentale ale vieuitoarelor pentru a permite supravieuirea populaiilor. Dup cerinele fa de ap, organismele se clasific n: hidrofite/ hidrofile - care se ntlnesc n locuri cu umiditate excesiv i suport variaii mici de umiditate, de exemplu: piciorul cocoului (Ranunculus aquatilis), sgeata apei (Sagittaria sagittifolia), rma etc.; mezofite/mezofile - care ocup biotopuri cu umiditate moderat, suportnd variaii mari ale umiditii n sol; de exemplu: plantele din pajitile naturale ale zonei temperate (Festuca rubra, Dactylis glomerata etc.), arborii cu frunze caduce, plantele de cultur i buruienele, unii amfibieni (Salamandra salamandra, Hyla arborea). Plantele ncadrate n aceast grup au o rezisten limitat la seceta atmosferic. xerofite/xerofile speciile care triesc n zone aride, cu un deficit permanent sau temporar de umiditate att n aer ct i n sol. Speciile vegetale se caracterizeaz prin diverse tipuri de adaptri: morfologice (dezvoltarea unui sistem radicular profund, care s permit folosirea apei din zonele inaccesibile), anatomo-histologice (reducerea transpiraiei prin reducerea suprafeei foliare, nchiderea stomatelor etc.), chimice (creterea presiunii osmotice a sevei), fenologice (adaptri ce privesc ciclul biologic al plantelor). Speciile xerofite se mpart n 2 grupe: suculente cactuii (fig. 4.13), aloe (fam Liliacee), agava (Fam Amarilidaceae) tipic xerofite cresc n stepe: pelinul (Artemisia absinthium), pirul crestat (Agropyron cristatum). Organismele acvatice specifice apelor curgtoare au dezvoltat o serie de adaptri menite s evite desprinderea i antrenarea lor de ctre curentul apei. Dintre acestea menionm: aplatizarea dorso-ventral ntlnit la stadiile acvatice ale unor insecte, insecte acvatice i molute, adaptare ce permite reducerea forei de antrenare i creterea unei componente a acestei fore ce tinde s menin organismul pe substrat;

transformarea unor aparate sau organe n ventuze sau crlige cu ajutorul crora pot s se fixeze mai bine pe substrat (diptere, chironomide i chiar peti: guvidul de ap dulce, petii remora etc.); construirea unor adposturi realizate din nisip cu granulaie fin care pe lng rolul de protecie asigur o mai bun fixare (chironomide i tricoptere); reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implic o suprafa redus i n consecin o reducere a forei de antrenare a apei. n funcie de cerinele plantelor fa de pH acestea pot fi grupate astfel: Specii acidofile suport bine pH-ul sczut:

Specii slab acidofile (pH = 6,86,0). Ex.: Polygonatum verticillatum, Ranunculus carpaticus, Scrophularia nodosa, Stellaria nemorum, Symphytum cordatum. Specii moderat acidofile (pH = 6,05,0). Ex.: Corallorhiza trifida. Specii puternic acidofile (pH = 5,04,5). Ex.: Polystichum lonchitis. Specii excesiv acidofile (pH = 4,54,0). Ex.: Vaccinium myrtillus. Specii extrem acidofile cresc pe soluri cu pH sub 4,0. Ex: Polytrichum commune, Vaccinium vitis-idaea. Specii neutrofile sunt adaptate s se dezvolte pe soluri neutre (pH = 7,26,8). Ex.: Polygonatum latifolium, Solanum dulcamara, Stachys sylvatica, Valeriana officinalis. Specii bazifile (alcalinofile) cresc pe soluri cu valori ridicate ale pH-ului (pH = 6,88,5). Ex.: Bupleurum falcatum. Specii euriacidofile (indiferente) suport variaii largi de pH, fr s le fie afectat creterea, dezvoltarea i reproducerea. pH poate exercita o influen direct asupra distribuiei i abundenei organismelor i, de asemenea, contribuie indirect la disponibilitatea nutrienilor i/sau concentraia toxinelor (fig. 4.14). Cantitatea redus de ap din anumite zone a determinat apariia unor adaptri i la animale. Dintre acestea amintim: reducerea cantitii de urin, reducerea transpiraiei, consumul de hran vegetal, unele insecte i regleaz pierderea de ap prin respiraie prin controlul activitii orificiilor spiraculare . Unele specii de animale au dezvoltat o serie de adaptri comportamentale care le permit s supravieuiasc n perioadele de secet. De exemplu, n ciclul de via al amfibienilor o parte sau chiar toat perioada de adult se petrece pe pmnt, dar adulii se ntorc n ap pentru a-i depune oule (fig. 4.15).

Termitele i alte insecte care triesc n sol trebuie s supravieuiasc perioadelor umede, ploioase. Termitele subterane intr ntr-o stare de inactivitate pe perioadele prelungite de inundaie Apa este necesar pentru activitatea microorganismelor. Apa adsorbit pe diferite suprafee poate fi disponibil sau nu, n funcie de gradul de adsorbie i/sau de eficiena cu care microorganismele o pot prelua. Forma de exprimare a disponibilitii apei (n vederea exprimrii amplorii stresului impus unei populaii de microorganisme) este activitatea apei ( Wa activitatea apei). Ea este mare n cazul habitatelor acvatice i sczute n mediile care conin cantiti mari de substane dizolvate. Valorile minime sau limitante ale apei la care bacteriile se mai dezvolt sunt eseniale deoarece ele condiioneaz supravieuirea acestora n natur. Spre deosebire de levuri i de unele mucegaiuri, bacteriile (cu unele excepii) sunt puin tolerante la activiti mici ale apei. Metabolismul microorganismelor nceteaz la o activitate a apei de 0,60-0,65, cu toate c unele dintre acestea, xerotolerante (celulele cu perete celular gros, sporii, chitii etc.) pot supravieui n condiii de uscciune. Att solurile uscate, ct i cele umede limiteaz dezvoltarea microorganismelor. Bacteriile sunt n general mai sensibile, ele devenind inactive cnd solul argilos conine mai puin de 12% ap. De asemenea, nitritificarea este mult afectat de excesul de umiditate, care stimuleaz procesul de denitritificare. Fungii sunt mai rezisteni la uscciune. Nevoia de ap este diferit n funcie de specii i de faza de dezvoltare (cretere micelian, germinarea sporilor, diseminare). Unii fungi (Pytium ultimum) se dezvolt n soluri foarte umede, alii n

soluri foarte uscate (Aspergillus, Penicillium etc.), iar alii sunt indifereni la variaiile de umiditate (Fusarium, Trichoderma etc.). Comportamentul diferit determin natura populaiei fungice n natur i ntr-o oarecare msur explic limitarea unor boli la anumite regiuni . n funcie de nevoile minime de ap microorganismele se mpart n urmtoarele grupe: hiperxerofile, al cror prag este superior valorii PF- 4,9 (microorganismele amonificatoare, amilolitice); xerofile, PF -4,9-4,2 (microorganismele care degradeaz celulaza, oxideaz sulful etc.); higrofile, PF inferior valorii PF-2 (microorganismele care fixeaz azotul, o parte din nitrificatorii sulfatului de amoniu etc.). 5.2. Componentele trofice ale biocenozei n cazul biocenozei, ntre specii se stabilesc multiple legturi de natur diferit: reproducere, rspndire, aprare, hran. Dintre acestea, cele mai importante considerm c sunt legturile trofice, ntruct stau la baza circuitului materiei n ecosisteme i sunt un important factor de reglare a densitii organismelor. Ansamblul de relaii trofice stabilite ntre speciile biocenozei constituie structura trofic a acesteia, iar partea ecologiei care se ocup cu studiul structurii trofice, compoziia i volumul de hran al diferitelor specii constituie trofoecologia.

n structura unei biocenoze, speciile sunt grupate pe trei mari grupe funcionale: productori, consumatori (de diferite ordine) i reductori (descompuntori) (fig. 5.1). Productorii sunt reprezentai de dou categorii majore de organisme: 1. fotosintetizante - reprezentat de plantele verzi terestre, macrofitele acvatice i de microorganismele fotosintetizante, 2. chemosintetizante - reprezentat de procariotele chemoautolitrofe. Organismele fotosintetizante capteaz energia solar i folosind diferii compui anorganici fac sintez de constituieni celulari, stocnd energia sub form de legturi chimice n molecule organice. Microorganismele fotosintetizante sunt reprezentate de algele microscopice i de bacteriile fotosintetizante. Microalgele au un rol deosebit n ecosistemele acvatice. Bacteriile fotosintetizante fac parte din 2 grupuri i anume: - Oxyphotobacteria - include procariotele capabile de fotosintez de tipul celei efectuate de plantele verzi: Cyanobacteriales, Prochlorophyta i Halobacterium i, - Anoxyphotobacteria include procariotele care fac fotosintez anoxigenic: bacterii nesulfuroase, purpurii (Athiorhodaceae), bacterii sulfuroase, purpurii (Thiorhodaceae), bacterii fototrofe obligate (fam. Chlorobiaceae) i bacterii flexibile, filamentoase (Chloroflexaceae). Organismele chemosintetizante sunt capabile s utilizeze energia chimic pentru a produce substane organice complexe din substanele anorganice, ns rolul lor de productori se limiteaz la anumite condiii de mediu. Dintre cele mai cunoscute amintim: a. bacteriile nitritificatoare prezente n soluri, ape dulci i srate, n sistemele de epurare a apelor uzate care cuprind: nitritbacteriile: Nitrosomonas, Nitrosolobus etc.-ce oxideaz NH3 pn la nitrii; nitratbacteriile: Nitrobacter, Nitrospira - care oxideaz nitriii pn la nitrai. n ambele procese se elibereaz energie. n natur, aceste bacterii intervin n circuitul azotului, transformnd NH3 n HNO3 i azotai netoxici.

b. bacterii sulfuroase, din genul Thiobacillus oxideaz compuii minerali ai sulfului. Ele se gsesc pe fundul apelor stttoare. Sursa lor de energie o constituie hidrogenul sulfurat (H2S) pe care l transform n sulf (S), acid sulfuros (H2SO3) i acid sulfuric (H2SO4). Ele elimin toxicitatea hidrogenului sulfurat (H2S) i redau n circuitul biologic oxidul de sulf (SO2-), care nu este toxic i care este asimilat de plante1. c. bacteriile feruginoase populeaz mediile acide i au rolul de a oxida srurile feroase n compui ferici. d. hidrogenbacteriile rspndite n medii puin aerisite. Acestea oxideaz hidrogenul (H2). Alte bacterii, cu un rol deosebit: Thiomicrospira pelophila .a. dezvoltate n mediile submarine, la adncimea de peste 2500 m, o temperatur de pn 350C i presiuni corespunztoare ridicate. Aflate n stare liber sau n endosimbioz cu nevertebratele marine, ele realizeaz sinteze organice, folosind energia rezultat din oxidarea H2S i a altor sulfuri, fiind singura baz trofic a faunei abisale. Bacteriile chimiosintetizante dezvoltate n peteri, care oxideaz dup caz S, H2S, sulfuri metalice, H2, Fe2- etc. i care utilizeaz o parte din energia potenial pentru asimilarea CO2. Consumatorii, organisme heterotrofe, pot fi: 1. primari sau fitofagele - organisme care consum hran vegetal. Ei sunt reprezentai de: virusurile plantelor (virusul mozaicului tutunului); bacteriile care infecteaz plantele spontane i de cultur; ciupercile parazite pe plante (tciunele porumbului - Ustilago maydis; mlura grului Puccinia graminis); plantele superioare parazite pe plante (Orobanche, Cuscuta) i semiparazite (vscul); animale fitofage (n ape: peti ca roioara, scoici, melci etc.; pe uscat melci, insecte, psri care se hrnesc cu fructe i semine, ierburi: forfecua, botgrosul, piigoii etc., mamifere roztoare i erbivore. Toate aceste organisme ndeplinesc funcia de punere n circulaie a hranei produse de plante i transformarea acesteia n hran animal, respectiv bacterian. 2. consumatori secundari - sunt reprezentai de bacteriofagi, virusurile animalelor, ciupercile parazite pe animale, animalele zoofage (n ocean-rechinii, n apele continentale petii rpitori - alul, tiuca, psri ichtiofage - cormoranii, strcii, pe uscat pianjeni, insecte rpitoare, viermi parazii, reptile, psri insectivore-rndunica i rpitoare - bufnia, mamifere carnivore vulpea. Acetia mpiedic pierderea energiei, distrugerea substanei organice i deci contribuie la creterea productivitii biosferei. 3. consumatori teriari carnivorele de vrf, nu sunt consumate de nici un fel de animale (Ex. vulturul, rsul, leul, nisetrul, tiuca). Ei utilizeaz ultimele resurse energetice ale substanei vii dup transformrile suferite n biosfer. 4. Saprofagele specii care se hrnesc cu substan organic moart, animal sau vegetal pe care nu o transform n materie anorganic. Ele repun n circulaie substana i energia care altfel ar fi fost degradat imediat de descompuntori (rmele, groparii, bacteria Pseudomonas fluorescens, ciuperca Mucor mucedo - mucegaiul alb etc.). Descompuntorii organismele care prin procese de oxidare i/sau reducere, transform substana organic moart, reducnd-o la starea de substan anorganic (bacteriile i ciupercile microscopice).

5.3. Lanul trofic. Studiul lanurilor trofice i a reelelor trofice au fost n atenia m