CAP. 1 - L'IMPOSTAZIONE ECOLOGICA. Ecologia dal greco oikos = casa e logos = scienza

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1 CAP. 1 - L'IMPOSTAZIONE ECOLOGICA Ecologia dal greco oikos = casa e logos = scienza L ecologia è la scienza che studia gli organismi nella loro casa, ovvero la scienza che studia le relazioni esistenti tra gli organismi viventi e l ambiente in cui vivono. Studio delle popolazioni all interno del loro ambiente naturale (e non in ambiente controllato) relazioni fra organismi e ambiente fisico relazioni fra organismo ed organismo L ecologia si occupa anche dello studio delle unità ambientali (habitat) considerandone sia la struttura (elementi viventi e non viventi che lo compongono), sia le funzioni (le specifiche attività svolte da ciascun elemento) l ecosistema è quindi l unità strutturale e funzionale di nostro interesse, il cui concetto si basa sull ipotesi di una piena e completa integrazione fra fattori biotici ed abiotici, come se addirittura costituissero un singolo macro-organismo ecosistema = biocenosi + biotopo habitat 1

2 L ecologia può essere convenzionalmente suddivisa in: autoecologia e sinecologia L autoecologia ha il fine di studiare i rapporti di una singola specie con il proprio ambiente. Essa definisce essenzialmente le esigenze ed i limiti di tolleranza di una specie nei confronti dei diversi fattori ambientali e gli effetti che questi possono determinare sulla morfologia, sulla fisiologia e sul comportamento della specie stessa nicchia ecologica e ruolo funzionale di una specie all interno di un ecosistema, ignorando tutti i possibili rapporti interspecifici (competizione, predazione, parassitismo, ecc.) La sinecologia ha il fine di analizzare i rapporti degli individui appartenenti a specie diverse fra loro e con l ambiente in cui vivono esiste poi una sinecologia descrittiva (composizione, abbondanza, frequenza, ecc.) ed una sinecologia funzionale (aggregazione e dinamica delle popolazioni) S1 ottimo (n di nuovi nati nell unità di tempo) 20 C (auto) S1 + S2 (predatrice e con ottimo = 20 C) ottimo 15 C (sine) livello gerarchico di rappresentazione degli esseri viventi: individuo popolazione comunità biocenosi ecosistema 2

3 APPROCCIO OLISTICO vs APPROCCIO RIDUZIONISTA l analisi dei sistemi è una disciplina complessa, con regole e procedimenti suoi propri il sistema è un gruppo di elementi interagenti fra loro, organizzato e finalizzato allo svolgimento di una determinata funzione L insieme è più della somma delle sue parti gli elementi principali che caratterizzano un sistema sono: 1. le componenti 2. le relazioni che legano le componenti 3. i limiti spazio-temporali dell organizzazione è forse il terzo il punto più importante in quanto se un sistema non viene circoscritto, non è possibile neppure determinarne le componenti e le relazioni e quindi il funzionamento si tratta anche di un operazione tutt altro che semplice in quanto i sistemi biologici non presentano mai un confine ben delineato, ma si considera tale quando le interazioni esistenti fra sistemi diversi possono essere considerati trascurabili in relazione agli scopi prefissici L errore viene dall esclusione (ammoniva Cartesio) Caratteristiche dei sistemi 1. gerarchia (scala di riferimento) 2. dinamismo (evoluzione temporale) 3. plasticità (resilienza, omeostasi, adattabilità) 3

4 la rappresentazione gerarchica dei sistemi è diretta conseguenza della loro circoscrizione spazio-temporale e della scala di riferimento alla quale si opera alla fine l intero pianeta costituisce un unico grande ecosistema (Gaia) le principali conseguenze della visione gerarchica dei sistemi sono: 1. i sistemi sono formati da sistemi più piccoli e fanno parte di sistemi più grandi 2. ciascun livello della gerarchia presenta caratteristiche peculiari e non riconducibili agli altri livelli 3. la conoscenza del funzionamento dei singoli sistemi di ordine inferiore non è sufficiente per definire il comportamento del sistema di ordine superiore, né viceversa ad esempio: l individuo (morfologia, fisiologia, crescita, riproduzione) la popolazione (densità, distribuzione nello spazio, tassi di natalità e mortalità, ecc.) 4

5 Il termine ECOSISTEMA fu utilizzato per la prima volta da Sir Arthur Tansley nel 1953 che lo definì come: il sistema includente sia il complesso degli organismi viventi, sia l intero complesso di fattori fisici quello che comunemente viene chiamato l ambiente di un bioma e cioè i fattori di un habitat intesi nel senso più vasto non si può cioè separare la parte vivente da quella inanimata nello studio e nell interpretazione della natura successivamente Lindeman nel 1940 forniva una descrizione più completa ed organica degli ecosistemi, includente anche considerazioni di tipo quantitativo: 1. la natura è organizzata in ecosistemi con una identità propria (lago, foresta, ecc.) 2. gli ecosistemi possiedono una struttura costituita da una rete di relazioni alimentari che legano fra loro il destino delle diverse specie (organizzabili in catene alimentari e livelli trofici) 3. l energia e la materia costituiscono grandezze importanti nel definire il funzionamento dell ecosistema (tasso di produttività primaria, lunghezza delle catene alimentari, energia chimica immagazzinata nei livelli trofici, efficienza dei trasferimenti trofici, perdite per respirazione, decomposizione) 4. gli elementi liberati attraverso la degradazione della sostanza organica tornano ad essere disponibili per la crescita delle piante 5. gli ecosistemi hanno un origine e si sviluppano secondo una successione fino al raggiungimento di una stato di equilibrio 5

6 In conclusione l ecosistema, o sistema ecologico, rappresenta l unità funzionale di base dell ecologia ed è definito come una unità spazialmente individuabile che include tutti gli organismi viventi e tutte le componenti fisiche e chimiche dell ambiente che si trovano all interno dei suoi confini a livello planetario ciò si traduce nel seguente schema: biosfera atmosfera idrosfera litosfera l ecosistema inoltre deve avere scarse o limitate relazioni con l esterno infatti anche se il concetto di ecosistema fa esplicito riferimento ad un area geografica, l aspetto che maggiormente identifica un ecosistema è da ricercarsi nelle relazioni funzionali che intercorrono fra i suoi componenti organici ed inorganici è quindi necessario, perché si possa parlare di ecosistema, che tra gli organismi e l ambiente all interno di una determinata area geografica si instauri un adeguata serie di rapporti tale da consentire agli organismi viventi di accrescersi e di riprodursi indefinitamente utilizzando le risorse ambientali 6

7 Quindi un ecosistema presenta: 1. una fase biotica ed una fase abiotica 2. dimensioni variabili con confini non facilmente definibili 3. è circoscrivibile da un punto di vista topografico, climatico, pedologico, botanico, zoologico, idrologico, ecc. 4. è un sistema termodinamicamente stabile ed aperto 5. fra i suoi componenti si hanno continui scambi di materia ed energia che procedono con intensità caratteristica dando origine alla struttura trofica (catena alimentare), ad una ciclizzazione della materia all interno del sistema ed alla formazione di una diversità biotica (biodiversità) 6. si è formato in un lungo periodo di tempo ed è la conseguenza di una storia evolutiva e di processi di adattamento delle specie all ambiente 7. è dotato di capacità di autoregolarsi (omeostasi) ma le tre proprietà fondamentali di un complesso ambientale, per essere considerato un ecosistema e non una semplice miscela di elementi biotici ed abiotici, sono le seguenti: 1. autonomia funzionale 2. equilibrio dinamico interno 3. circoscrivibile rispetto agli ecosistemi contigui 7

8 L autonomia funzionale è quella proprietà secondo la quale l ecosistema può essere considerato una unità indivisibile e funzionalmente autonoma sia dal punto di vista energetico che materiale se questi due processi fondamentali non venissero svolti totalmente all interno dell ecosistema questo avrebbe bisogno di un apporto esterno (energetico e/o materiale) derivante da un altro ecosistema del quale andrebbe a far parte perdendo la sua individualità STRUTTURA (fattori biotici, abiotici, merobiotici) FUNZIONI (relazioni trofiche-energetiche, tempi e modalità di svolgimento del flusso energetico e dei cicli bio-geo-chimici) PRODUTTORI - CONSUMATORI - DECOMPOSITORI L equilibrio dinamico interno ad un sistema è rappresentato dal bilanciamento fra le quantità di energia e di materia in entrata e in uscita sistema isolato - non ci sono scambi né di energia, né di materia sistema chiuso - può avere scambi di energia, ma non di materia sistema aperto - scambi sia di energia che di materia nessun sistema sulla terra può essere considerato isolato (in quanto riceve energia dal sole) la terra è invece un sistema chiuso (considerando trascurabili gli apporti di materia provenienti dallo spazio) gli altri ecosistemi sono aperti (con un diverso grado 8

9 dipendente dalla circoscrivibilità = isola e bosco) La circoscrivibilità di un ecosistema è rappresentata dalla possibilità di individuarlo e di isolarlo dagli ecosistemi adiacenti, delimitandone i confini geografici la circoscrivibilità, pur facendo riferimento a caratteristiche di tipo geografico, è dipendente dai fattori ambientali interni all ecosistema che gli conferiscono una identità ed una omogeneità spazio-temporali ecosistemi contigui, ma separati (bosco, lago, campo coltivato) non è possibile definire con precisione i confini di un ecosistema se non analizzando il suo funzionamento (struttura e funzioni) all interno di un ecosistema si possono distinguere diversi ambienti che pur essendo descrivibili in termini di struttura e funzioni non costituiscono un unita funzionale autonoma ecosistema ambiente (insieme delle condizioni fisiche, chimiche e biologiche nelle quali gli organismi si trovano a vivere, non prevede la costituzione di unità funzionali autonome cioè gli ecosistemi) habitat (riferito al luogo dove vive una specie od un organismo) nicchia ecologica (riferito alle necessità vitali di una specie o di un organismo) ECOTONO = zona di separazione fra due ecosistemi adiacenti può avere dimensioni molto variabili e gradualità diverse in genere possiedono una maggiore numero di specie (effetto di margine) 9

10 BIOTOPO 1. sostanze inorganiche 2. elementi climatici 3. sostanza organica morta (residui vegetali e humus) BIOCENOSI tutti gli organismi viventi presenti nell ecosistema suddivisi in relazione ai rapporti con il ciclo del carbonio (autotrofi ed eteretrofi) piante (ad eccezione delle parassite e saprofite) ed alcuni batteri animali, funghi e la maggioranza dei batteri Autotrofi { fotoautotrofi { chemioautotrofi Mn-, Fe-, S-, metano e batteri nitrificanti Eterotrofi { saprofagi { simbionti { antagonisti (parassiti) { mutualistici autotrofi (nutrizione minerale, energia radiante => energia chimica) produttori, consumatori macroconsumatori (erbivori, carnivori, onnivori) microconsumatori = decompositori (saprofagi = lombrichi, insetti / coprofagi = batteri, funghi, anellidi) chiudono il ciclo della materia differenze spaziali (fascia verde e fascia bruna) e temporali 10

11 Gli ecosistemi hanno funzione economica (beni) e ecologica (servizi eco-sistemici) contributo alla stabilità del clima protezione delle risorse idriche formazione e protezione del terreno immagazzinamento e ciclizzazione dei nutrienti demolizione ed assorbimento degli inquinanti Classificazione degli ecosistemi: - dimensioni - climatica - antropizzazione (interferenza con i cicli della materia e dell energia) ecosistemi naturali, subnaturali, seminaturali, umani rurali, umani industrializzati L AGROECOSISTEMA è ecosistema finalizzato all ottenimento di una produzione agricola ed in cui si svolgono le attività proprie dell agricoltura passaggio dell uomo da componente e consumatore (più o meno finale) a manipolatore e creatore con modifica delle biocenosi e del biotopo (anche se le funzioni principali dell ecosistema rimangono legate all azione della natura) => campi coltivati, mentre non sono agroecosistemi le serre o gli allevamenti specializzati l uomo diventa il fattore ecologico predominante finalizzato esclusivamente all aumento della produttività (produzione per unità di superficie) in un ecosistema si cerca di svincolare le capacità produttive 11

12 di un habitat dalle rispettive caratteristiche ambientali attraverso apporti supplementari di energia e di materia 1. diminuire l incidenza dei fattori ecologici limitanti 2. aumentare le quantità delle risorse naturali presenti nel biotopo 3. accrescere l efficienza di utilizzazione delle risorse in conclusione è aumentato il numero di esseri umani in grado di sopravvivere sull unità di superficie coltivata (aumento delle rese) 100 specie appartenenti a 37 famiglie botaniche => COLTURE PRINCIPALI 81 specie distribuite su 45 famiglie => COLTURE MINORI ma il 90% degli alimenti è assicurata solo da 15 colture (i cereali = 58%) il 34.6% delle terre emerse è coltivato se si escludono deserti, rocce e ghiacciai si arriva al 45.1% 12