Lezioni di ecologia

Lezioni di ecologia

Prof. Claudio Leonzio

Haeckel (1866)

La scienza comprensiva della relazione dell’organismo con l’ambiente

Charles Elton (1927)

Scienza che si occupa della sociologia ed economia degli animali

Krebs (1972)

Lo studio scientifico delle interazioni che determinano la distribuzione e l’abbondanza degli organismi

(dove, in che numero e perché)

Hutchinson (1970)

La scienza dell’universo

Un formidabile esercizio del pensiero per spiegare come funziona

Il mondo

OBIETTIVI FORMATIVI

• Apprendere i concetti chiave dell’ecologia quali: flussi di energia, cicli della materia, dinamiche d popolazione,

interazioni tra specie, evoluzione ecosistemica.

• Sviluppare la percezione sistemica della biosfera.

• Inquadrare i microprocessi nei macroprocessi.

• Interpretare i cambiamenti globali e locali nella genesi e nelle varie scale temporali.

• Appropriarsi del linguaggio ecologico.

programma

• L'Ecosistema

Concetto di ecosistema. Struttura dell'ecosistema. Controllo Biologico dell'ambiente biochimico. Produzione globale e decomposizione. Classificazione degli ecosistemi.

•

L'Energia nei sistemi ecologici

Ambiente energetico. Concetto di produttivita'. Catene alimentari, reti alimentari, livelli trofici. Qualita' dell'energia. Metabolismo e dimensione dell'organismo. Struttura trofica e piramidi ecologiche. Teoria della complessita'. Energetica proporzionale e capacita' portante. Classificazione energetica degli ecositemi.

•

Cicli biogeochimici

Modelli e tipi fondamentali di cicli biogeochimici. Studio quantitativo dei cicli biogeochimici. Interferenze antropiche nei cicli naturali. Ciclo del carbonio. Ciclo dell’azoto. Ciclo del fosforo. Ciclo dello zolfo. Ciclo dell’ossigeno. Cicli sedimentari.

Cicli degli elementi non essenziali. Percorsi di riciclizzazione: indice di riciclizzazione.

• Prova in itinere

programma

• Dinamica di popolazione

Proprieta' di gruppo della popolazione. Ecotipi. Sviluppo della popolazione. Il modello logistico.

Fluttuazioni cicliche. Fattori di controllo. Struttura della popolazione: aggregazione, isolamento, territorialita'. Ripartizione dell'energia e ottimizzazione. Strategie del ciclo biologico.

•

Popolazioni e comunità

• Interazioni tra specie: classificazione. La competizione. Il modello di Lotka-Volterra. Il Principio di esclusione competitiva. Critica ai modelli teorici della competizione. Predazione, erbivoria,

parassitismo e allelopatia. Commensalismo, cooperazione e mutualismo. Criptismo e mimetismo.

Habitat, nicchia ecologica e corporazione. Coevoluzione. Diversita' biologica. Indici di biodiversità.

Teorie sulla diversità. Comunità e gradienti.

•

Sviluppo ed evoluzione degli ecosistemi

Strategie di sviluppo di un ecosistema. Climax. Climax climatico ed edafico. Modello facilitativo.

Modello competitivo. Teoria del monoclimax. Speciazione, micro e macroevoluzione.. Teoria dello sviluppo degli ecosistemi e della biosfera. Successioni ecologiche lungo i gradienti.

• Prova intermedia

• Esame orale

testi

• P. COLINVAUX – ECOLOGIA - EDises

• R. E. RICKLEFS - L' economia della natura E. Zanichelli

• ODUM – ECOLOGIA un ponte tra scienza e società – PICCIN

• SLIDE fornite dal docente

Condizioni essenziali per la vita sulla terra

Radiazione solare Temperatura

Atmosfera

Magnetosfera

Elementi chimici disponibili

Acqua

Campo magnetico terrestre

Schermo protettivo contro il vento solare (plasma: gas ionizzato formato da protoni elettroni e particelle alfa) Il campo magnetico terrestre fa da scudo alla superficie della Terra dalle particelle cariche del vento solare. È compresso dal lato del giorno (ovvero del Sole) a causa della forza delle particelle in avvicinamento, mentre è esteso dal lato della notte.

Radiazione solare

Fonte energetica derivante da radiazioni di varie lunghezza d'onda ed intensità

Condizioni essenziali per la vita sulla terra Atmosfera

Carbonio gassoso, successivamente ossigeno, protezione contro meteoriti (ozonosfera)

Elementi chimici disponibili

Basi chimiche per la costruzione della materia vivente

Idrogeno Elio

Ossigeno Carbonio Ferro

Azoto Silicio Magnesio Zolfo

Acqua

Composto essenziale per il metabolismo

Componente primario dei fluidi biologici

Presente nelle cellule di procarioti ed eucarioti Solvente di tutte le biomolecole

Partecipazione attiva alle reazioni biochimiche Reagente principale della fotosintesi

Prodotto finale del metabolismo

Concetto di “abitabilità planetaria”

Condizioni di temperatura tali da mantenere l’acqua allo stato liquido

Metabolismo

Crescita

Riproduzione

Omeostasi

Interazione con l'ambiente

Adattamento

LE SCALE DEL TEMPO

PLEISTOCENE OLOCENE

-1.800.000 -11.000 - OGGI

Il tempo nelle sue varie scale definisce fenomeni ciclici o lineari ma che portano sempre ad evoluzioni

dinamiche dei sistemi

Stromatoliti attuali - la più antica forma vivente sulla terra - 3.6 miliardi di anni

Età della terra 4.5 miliardi di anni

0.5 miliardi per le prime forme di vita 3.0 miliardi per le forme di vita

complesse e per la creazione dell’atmosfera ossidante

L’ecologia studia come, nelle ultime spire della storia della

terra, la nascita degli esseri viventi si sia

organizzata, non a livello organismico, ma

a livello di integrazioni progressive per formare gli ecosistemi

ed i biomi del passato e del presente.

La biosfera, complessa almeno come quella attuale è comparsa 500

milioni di anni fa.

Però la vita sulla terra, fino dalla sua nascita,

ha profondamente modificato la terra

•Bilancio dei gas atmosferici

•Ciclo dell’acqua

•Consolidamento delle coste e delle terre emerse

•Biocondizionamento dei fattori fisici

•Rallentamento dei processi entropici

Ipotesi di Gaia

La vita, la biosfera, regola e mantiene il clima e la composizione atmosferica ad uno stato

per sé ottimale (Lovelock, 1979)

Emissione gas climalteranti

Kilimanjaro 1993

Kilimanjaro 2003

deforestazione

Perturbazioni sul ciclo dell’acqua

Eccessivo sforzo di pesca

Riduzione della complessità

Gestione errata del patrimonio naturale

inquinamento

Gas ozon-killer

bioinvasioni

Livelli di organizzazione gerarchica

• Atomo

• Molecola

• Macromolecola

• Cellula

• Tessuto

• Organo

Livelli di organizzazione gerarchica

• Individuo

• Popolazione

• Comunità

• Ecositemi

• Biomi

• Biosfera

Ecologia

I PRINCIPALI BIOMI

1- Principio delle proprietà emergenti

Proprietà emergente   proprietà singole parti

Nuova proprietà sviluppata dalla combinazione di una o più componenti gerarchiche

Esempi

•Combinazione di atomi

•Combinazione di cellule, tessuti, organi

•Combinazioni di popolazioni

2- Principio delle proprietà emergenti

Proprietà collettive  effetti singole componenti

=

Esempi

• Tasso di nascite

• Consumo di energia

Almeno una proprietà emergente +

serie di proprietà collettive =

Integrazione di sub-insiemi

Conseguenze delle proprietà emergenti

Sistemi gerarchicamente integrati evolvono più rapidamente dei loro componenti

Le interazioni tra le componenti non

modificano la natura delle stesse ma danno origine a proprietà nuove ed esclusive

I sub-insiemi anche se separati conservano la capacità di riorganizzarsi ad un livello di

complessità più alto

Componenti biotici + componenti abiotici

Ecosistema

Popolazioni autotrofe Comunità o biocenosi autotrofe

Ecosistemi regionali o subcontinentali

Popolazioni etrotrofe

Bioma

Comunità o biocenosi eterotrofe

COMUNITA’

INTEGRAZIONE DI POPOLAZIONI CARATTERIZZATE DA PROCESSI RELAZIONALI

FONTE DI ENERGIA PRIMARIA: IL SOLE

ENERGIA INTEGRATIVA: LA CHEMIOSINTESI

Equilibrio Stazionario

Equilibrio che si automantiene

Ecosfera Biosfera

massimo sistema

ecologico in equilibrio

stazionario

Formulazione fisico-matematica che imita un fenomeno naturale

Modello

Previsioni

Definizione dei fattori chiave e delle proprietà

integrative principali

I P

P

E F

F

P

F

F

F

E - funzioni di forza = risorse energetiche o altre forze esterne

P - variazioni di stato = proprietà intrinseche di un livello o di un sub-sistema F - vie di flusso = flussi di energia o trasferimenti di materia che connettono tra loro le proprietà e le forze

I - funzioni di interazione = interazioni tra forze per modificare i flussi o creare nuove proprietà emergenti

Componenti per modellizzare un sistema ecologico

STATO

Z Y

YX ZX

Z = entrate Y = uscite

Lo stato del sistema ed il suo comportamento nel tempo

dipendono dall’interazione dell’entrata esterna Z con l’entrata del circuito di feedback interno ZX

Modello generale (secondo Mesarovic e Takahara)

Ecosistema

Unità funzionale di base che include tutti gli organismi che vivono in una determinate area

(comunità biotica) interagenti con l’ambiente fisico

L’energia in entrata porta ad una ben definita

struttura biotica e ad una ciclizzazione dei materiali

tra viventi e non viventi

Componenti fondamentali di un ecosistema

Comunità

Flusso di energia Cicli dei materiali

L’ECOSISTEMA completo deve comprendere ambienti limitrofi di entrata e di uscita.

Sentiero vitale di entrata dell’energia e dei materiali.

Mezzo di esportazione di materiali ed energia.

sole

Altre fonti

sistema

AMBIENTE

DI USCITA materiali ed

energia trasformati AMBIENTE

DI ENTRATA

Materiali ed organismi

AE + S + AU = ecosistema Modello di ecosistema

(Pattern,1978)

Struttura dell’ecosistema

Strato superiore autotrofo (autonutriente)

fascia verde o fotosintetica; fissazione dell’energia luminosa sottoforma di legame chimico tra sostanze inorganiche

semplici per combinarle in sostanze organiche complesse

Strato inferiore eterotrofo (che si nutre di altri)

Utilizzazione, trasformazione, decomposizione della materia

Strato autotrofo

Eterotrofi consumatori

Eterotrofi decompositori

Radiazione solare

parte del prodotto fotosintetico fresco viene utilizzato dai consumatori

il resto raggiunge il suolo o il sedimento dove diventa parte di un ben definito sistema eterotrofo

Componenti di un ecosistema

SOSTANZE INORGANICHE

PRODUTTORI

ARIA, ACQUA, SUBSTRATO COMPOSTI ORGANICI

MACROCONSUMATORI (I, II,III ordine) MICROCONSUMATORI

DECOMPOSITORI

Produzione globale

Ogni anno sulla terra vengono prodotte approssimativamente

170.000.000.000 t

di sostanza organica per fotosintesi

Una quantità di poco inferiore di sostanza

organica viene ossidata a CO

e H

O

Fotosintesi

la rottura dei legami H-O dell’acqua, la liberazione di ossigeno

la riduzione della CO

a carboidrati

Respirazione

i carboidrati vengono ossidati a CO

e i legami H-O sono ristabiliti.

I cicli del carbonio, dell’ossigeno e

dell’idrogeno sono interconnessi dalla

fotosintesi e dalla respirazione

• Il processo di fotosintesi clorofilliana permette di trasferire il carbonio dalla sua forma ossidata, l'anidride carbonica CO , presente

nell'atmosfera, alla sua forma ridotta (carboidrati), presente nei tessuti delle piante

• le piante costituiscono in peso più del 99% della materia vivente sulla nostra terra.

• Le molecole biologiche, essenzialmente costituite da C, H, N, O, P e S, sono caratterizzate da legami relativamente deboli, o, come si dice, ridotti, cioè ricchi di elettroni.

• Secondo le leggi della termodinamica le reazioni chimiche procedono spontaneamente verso situazioni di minore energia libera, caratterizzate da forti legami chimici e da massimo disordine.

•La materia vivente si mantiene perennemente in uno stato di NON

EQUILIBRIO in quanto le molecole degli organismi viventi continuano ad esistere in presenza di un forte agente ossidante come l'ossigeno

atmosferico che tende ad acquisire elettroni.

•L'evoluzione verso una situazione di equilibrio termodinamico comporterebbe la formazione di CO2 , H2O e NO3 .

•In effetti questo è proprio quello che succede quando gli organismi muoiono.

•Le piante, per mantenersi vive, devono continuamente processare l'energia che viene dal sole per rimanere in una situazione di non

equilibrio termodinamico caratterizzato da strutture altamente ordinate tenute insieme da deboli legami chimici.

il bilancio soprattutto in certe ere geologiche è rimasto a favore della produzione fotosintetica

questo spiegherebbe l’elevata concentrazione di ossigeno sul pianeta

l’eccesso della produzione fotosintetica a partire dal Cambriano (1.600.000.000 anni fa) è stata trasformata in depositi fossili senza essere respirata o decomposta

l’uomo sbilancia i processi respiratori di GAIA

attraverso l’uso dei combustibili fossili

Fotosintesi

CO

+ 2H

O (CH

O) + H

O + 0

FOTONI

Processo ANABOLICO più diffuso sulla terra

Organismi fotosintetici

BATTERI

LICHENI MUSCHI

PIANTE SUPERIORI:

 TIPO C

 TIPO C

 TIPO CAM

CORALLI COSTRUTTORI ( simbiosi alga-celenterato ) ALGHE UNICELLULARI

ALGHE PLURICELLULARI

PIANTE SUPERIORI:

 TIPO C

 TIPO C

 TIPO CAM

BATTERI

CYANOBACTERIA

Comprende organismi procarioti (batteri) fotosintetici con clorofilla a.

Anabaena lemmermannii (L. di Garda). 200X Microcystis aeruginosa (L. di Garda). 100X

ALGHE UNICELLULARI

CORALLI COSTRUTTORI

( simbiosi alga-celenterato )

LICHENI

BRIOFITE

PIANTE SUPERIORI:

 TIPO C

 TIPO C

 TIPO CAM

I primi organismi apparsi sulla terra erano probabilmente fotosintetici;

quasi 3,5 miliardi di anni fa inizia la rimozione del carbonio dall’atmosfera.

Ciò determina :

l’iniezione dell’ossigeno e la creazione di un pianeta ossidato

La protezione dell’ambiente terrestre con la fascia di ozono

La stabilizzazione della temperatura attraverso i gas serra

Il processo di trasformazione dell’atmosfera

probabilmente è durato fino a 300-400 milioni di anni fa

C

MASSIMO TASSO FOTOSINTETICO PER UNITA’ DI SUPERFICIE;

MASSIMA EFFICIENZA IN CONDIZIONE DI LUCE E TEMP MODERATE;

400-1000 g DI ACQUA PER PRODURRE 1 g DI MATERIA SECCA.

C

ADATTATE AD ELEVATE INTENSITA’ DI LUCE E DI TEMPERATURA;

<400 g DI ACQUA PER 1 g DI MATERIA SECCA.

CAM

ADATTATE AI CLIMI ARIDI (RISERVE DI ACQUA E ACIDO CRASSULCEO);

METABOLISMO INTERMITTENTE;

FIORITURA RAPIDA.

Ciclo di Calvin -Benson

piruvato

CO²

PGA glucosio

RuPB-carbossilasi

Acido malico+ aspartico (3 carboni) Acido ossalacetico (4 carboni)

PEP-carbossilasi CO²

Cellule con cloroplasti

distribuiti intorno ai fasci vascolari Spazi vuoti e

mesofillo epidermide

Fotosintesi convenzionale

di tipo C3 Sistema di

assorbimento della CO²

Arrangiamento comune delle foglie C3

Arrangiamento delle foglie C4

Arrangiamento di Kranz

Piante C⁴

Piante C³

50 %

1 % 100 %

Intensità luminosa

Temperatura (gradi °C )

0° 20° 40°

Confronto della risposta fotosintetica di piante C

e C

all’incremento dell’intensità di luce e temperatura

Tasso di efficienza fotosintetica

40 x 10 30

20 10

0 250

200

150

100

50

10 20 30 x 10⁴

5 10 15 20

0 25

Intensità luce incidente (erg/sec/cm²,400-700m) sole

Diffusione della luce attraverso gli strati fogliari

Un albero è una struttura di foglie sovrapposte in strati discontinui attraverso i quali la luce fluisce per aumentare la fotosintesi.

La massima area fogliare è esposta a basse

intensità di luce dove la fotosintesi è più efficiente.

alberi esposti in piena luce dovrebbero avere foglie piccole e disposte in strati e non generare ombra totale al di sotto della chioma; la superficie fogliare sarà più ampia della superficie occupata dalla chioma.

pianta adattata all’ombra dovrebbero avere

foglie larghe e disposte in strati singoli con ombra totale al di sotto di queste; la superficie fogliare sarà simile a quella della chioma.

nelle specie erbacee le foglie inclinate

favoriscono l’esposizione ortogonale alla luce di

bassa intensità e la riflessione della luce a forte

intensità.

I progetti di strutture fogliari sono sempre finalizzati almeno verso tre adattamenti:

Intensità moderate di luce

Massimo assorbimento della CO

Dissipazione del calore

Struttura monostrato Struttura multistrato

Diversi tipi di

sistemi fogliari

Alternative alla fotosintesi

• Chemiosintesi

• Processi di recupero energetico derivanti dalla

rottura di legami chimici

Vulcano di Bransfield (Antartide)

http://it.wikipedia.org/wiki/Fumarola_nera

Ecosistemi della fumarole sottomarine “black smokers”

CONCETTO DI PRODUTTIVITA’

• Produttività primaria = velocità con la quale l’energia solare o chimica viene trasformata in sostanza organica dagli organismi produttori

• P lorda = fotosintesi + respirazione

• P netta = materia organica prodotta al netto della respirazione

• Produzione netta della comunità

• Produttività secondaria

Produttività sulle terre emerse

Produttività primaria negli oceani

Biomassa zooplanctonica

Biomassa benctonica

Il sistema batipelagico

Penetrazione dello spettro in ambiente pelagico e costiero

Biomassa marina 3.9 t x10

Biomassa

terrestre 1837 t x10

115 t

10

55 t

10

L’ecosistema marino produce circa la metà dell’ecosistema terestre pur avendo una biomassa quasi 500 volte più piccola

Respirazione (catabolismo)

Qualunque ossidazione biologica che produce energia

RESPIRAZIONE AEROBICA L’ossigeno gassoso è accettore di elettroni(ossidante)

•Inverso della fotosintesi

•La sostanza organica ritorna CO2, H20, con cessione di energia ed emissione di prodotti metabolici che possono essere ancora fonte di energia

RESPIRAZIONE ANAEROBICA Una molecola organica è accettore di elettroni

•Processi generalmente lenti

•Tendenzialmente hanno un basso consumo di energia e portano ad un elevato accumulo di by-products (metano, idrogeno, solforato, etanolo) che possono essere immediatamente utilizzati dagli aerobici

BATTERI, LIEVITI, MUFFE PIANTE E ANIMALI

Catene (reti) alimentari e livelli trofici

Serie di trasferimenti di energia alimentare dagli

autotrofi ad una serie di organismi che consumano e sono a loro volta consumati

Funzione Livello trofico Alimentazione Produttori

Consumatori I Consumatori II Consumatori III Consumatori IV

Primo Secondo

Terzo Quarto

Quinto

Vegetali

Erbivori

Carnivori

Carnivori

Carnivori

Catene alimentari di pascolo

Vegetali Erbivori Carnivori

Catene alimentari di detrito

Materia organica morta

Microrganismi,

detritivori Predatori

Catena

alimentare di detrito

Luce solare

Erbivori Predatori

Catena

alimentare di pascolo

Predatori Consumatori

di detrito

Piante

Le catene alimentari di tipo diverso non

possono essere rigidamente separate e si parla pertanto di:

RETI ALIMENTARI

Prima legge

L’energia né si crea né si distrugge,ma si trasforma da una forma all’altra

Seconda legge

Nessun processo che coinvolge un trasferimento di energia avverrà senza il degrado dell’energia da

una forma concentrata ad una forma dispersa (entropia)

Nessuna trasformazione può avere

efficienza del 100%

Sole

Calore

Autotrofi C1 C2 C3

10.000.000

1.000.000 20.000 2000 200

Efficienza nelle trasformazioni kcal/m 2 ^/anno

20

Ad ogni passaggio della rete trofica si ha una perdita di energia potenziale

Più lunga è la catena (maggiore è il numero di passaggi) maggiore sarà la perdita di energia potenziale e minore la produttività netta della comunità

Modelli pluricanalizzati delle catene alimentari Pascolo:

 Catena alimentare a granivori

 Catena alimentare a polline

 Catena alimentare a linfa

 Catena alimentare a POM/DOM

Luce solare

calore

Piante verdi erbivori

carnivori

R R R

P I

A

A P

I

NA NU

P_N P_G o A

I e L_A

3000 1500 15 1,5 0,3

L_A

L P_N P₂ P₃

Kcal/mol/giorno

Materia organica particolata

POM

Materia organica disciolta

DOM

Sistema vascolare

Essudati

Estrazione attiva Micorizze

Tessuti vivi

Semi

Tessuti morti

Fiori

PIANTE

Pascolo diretto

Granivoro

Nettare

RETE ALIMENTARE DEL PASCOLO

batteri

protozoi muffe micro funghi anellidi

nematodi

Insetti collemboli Insetti

carabidi

Carnivori terminali

macrofunghi molluschi miriapodi

Crostacei isopodi

anfibi rettili uccelli mammiferi

radici tuberi

Insetti ditteri ortotteri

foglie

nettare linfa frutti semi

imenotteri coleotteri

odonati

Decomposizione

Risultante di processi abiotici

AZIONE EROSIVA DELL’ACQUA VENTO

GELO-DISGELO FUOCO

e biotici (preponderanti)

Azione concatenata

•Demolitori (parti consistenti di tessuto)

•Trituratori (frazioni minori)

•Microsaprofagi (particelle o singole molecole)

PROTEINE ZUCCHERI LIPIDI

Aggregati di

HUMUS

SOSTANZE UMICHE

MINERALIZZAZIONE

Nutrienti

Sostanza organica protozoa

anellidi

molluschi crostacei

chilopodi

platelminti

nematodi

funghi

actinomycetes coleotteri

mites

collemboli

Insetti carabidi pseudoscorpioni

miriapodi

acari

ditteri

batteri insetti

Organismi della rete del detrito

carabidi

Dimostrazioni sperimentali dell’importanza dei piccoli animali nella decomposizione (1)

0 20 30 40 50

10

10 20 30

solo batteri batteri

+ ciliati

giorni

Rilascio di fosforo radioattivo da detrito palustre più rapido quando in laboratorio si lasciano agire protozoi e batteri

Perdita in peso e nutrienti da parte della lettiera di foresta contenuta in sacchetti di nylon, la perdita è molto più lenta quando i microartropodi sono uccisi con naftalina che non influisce su batteri e funghi

0 10 20 30 40 50 50

20 10 100

peso

nutrienti

settimane

Senza

microartropodi

Decomposizione della lettiera di una foresta in funzione del contenuto in lignina e delle condizioni climatiche

Tasso annuale di decomposizione (%)

0 20 40 60 80

25 50

Concentrazione di lignina (%)

AET = evapotraspirazione

100

70 75 95 90 85 80

5 10 15 20 25 30

PERCENTO DI MATERIALE ORGANICO PER SACCHETTO

GIORNI

La perdita di materiale organico subita da sacchetti di lettiera interrati in un prato è fortemente rallentata quando microartropodi, nematodi o funghi sono selettivamente rimossi

controllo insetticida funghicida insetticida funghicida insetticida nematocida

Dimostrazioni sperimentali dell’importanza dei

piccoli animali nella decomposizione (2)

Modello di acido umico

Modello di chelazione

Uno ione rameico (Cu) viene chelato con una coppia di legami covalenti e ionici tra due molecole di glicina

O

O O H

CH₂ O

CH₂

OCH₃ COOH

C HC CH₂

O C₆H_{1 2}O₅

H N O

CH₂O OH

CH₂

OC NH C₈H_{1 8}O₃N CH HC CH₂

OH

N

O

CH₂O

O

O

OH

1 1 1 1

1 1

2 2

3

4 4

1. anelli benzenici 2. azoto ciclico

3. catene laterali azotate 4. residui carboidrati

CH₂

C O O

Cu C

O O

CH₂ NH₂

NH₂

Il suolo rappresenta la porzione dell’ecosistema terrestre dove si relizzano i processi della decomposizione

A - orizzonti eluviali o di lisciviazione

B – orizzonti illuviali o di deposito

C – substrato pedogenico minerale

DECOMPOSIZIONE IN AMBIENTE ACQUATICO

• il particolato organico che precipita verso il fondo viene in

grandissima parte degradato nella colonna d'acqua medesima e anzi negli strati superficiali.

• La ragione di questo fatto è che la colonna d'acqua ospita

importanti popolazioni di batteri che mineralizzano il particolato organico, rilasciando anidride carbonica e nutrienti.

• la produzione dei batteri nella colonna d'acqua è circa il doppio della produzione dello zooplankton e che circa il 40% della

produzione primaria netta va a rimpiazzare biomassa che è consumata dai batteri.

• circa il 95% del carbonio presente nel particolato organico viene degradato entro una profondità di 3000 m e solo piccole

quantità raggiungono il fondo degli oceani.

• Il processo di decomposizione continua comunque anche nel sedimento di mari e laghi, favorito dalla presenza di una fauna di fondo specializzata nell'utilizzo del detrito .

FUNZIONI CONTROLLATE DALLA DEGRADAZIONE DELLA SOSTANZA ORGANICA

CICLIZZAZIONE DEI NUTRIENTI (mineralizzazione della sostanza organica)

CHELAZIONE E COMPLESSAZIONE DEGLI IONI METALLICI( produzione delle sostanze umiche)

FONTE ENERGETICA DELLA CATENA ALIMENTARE DI DETRITO ( comunità saprofaghe)

PRODUZIONE DI ORMONI AMBIENTALI INIBITORI-STIMOLATORI-REGOLATORI (antibiotici, vitamine, amminoacidi, molecole complesse allelopatiche)

FORMAZIONE E MANTENIMENTO DEL SUBSTRATO VITALE (suolo e sedimento)

Struttura trofica e piramidi ecologiche

La struttura trofica è definita da interazioni tra catene alimentari, metabolismo- dimensione degli individui, perdite e trasferimenti di energia

La struttura trofica viene descritta dalle piramidi ecologiche:

Piramidi di numeri

Piramidi di biomassa

Piramidi di energia

Le piramidi di energia consentono una valutazione obiettiva in quanto vengono eliminati i seguenti fattori di variabilità :

Cicli metabolici (stagionalità)

Velocità di produzione ( rapporto tra dimensione-

metabolismo

PIRAMIDI DI BIOMASSA grammi di peso secco per m

Canale della Manica

P 4 C₁ 21

P 96

C₁ 11 C₂ 4

Lago del Wisconsis

P 500 C₁ 1 C₂ 0.01

Campo abbandonato della Georgia

P 40.000 C₂ 1 H 4 D 10

Foresta tropicale a Panama

P 703 C₁ 132

C₂ 11

Banco di coralli a Eniwetoc

PIRAMIDI DI NUMERI individui per 0.1 ettari

P 1.500.000

C₁ 200.000 C₂ 90.000

C₃ 1

Prateria (estate)

P 200 C₁ 150.000 C₂ 120.000

C₃ 2

Foresta temperata (estate)

P 809

C₁ 37 C₂ 11 C₃1.5

S 5

Biomassa Kcal/m²

P 20.810

C₁ 3368 C₂ 383 C₃ 21

S 5060

Flusso energetico Kcal/m²/ anno

CONFRONTO TRA PIRAMIDI DI BIOMASSA E DI FLUSSO ENERGETICO A SILVER SPRING, FLORIDA

VARIAZIONI STAGIONALI NELLE PIRAMIDI DI BIOMASSA

NELLA COLONNA D’ACQUA (solo fitoplancton da retino) DI UN LAGO ITALIANO mg peso secco per m

Inverno P 2

C₁ 10 C₂ 3

C₂ 6

C₁ 12 P 100

Primavera

Carnivori del secondo livello

biomassa fitoplancton zooplancton

Carnivori del primo livello Carnivori del

terzo livello

Piramide invertita della

biomassa dello zooplancton che si nutre del fitoplancton

numeri

produttori erbivori

Carnivori del primo livello

Carnivori del secondo livello

30

1,3 x 10

1,5 x 10

7

Piramide di numeri invertita nel querceto di Wytham,

presso Oxford, in Inghilterra.

Carnivori del secondo livello

numeri Erbivori Carnivori del

primo livello Carnivori del

terzo livello

Una tipica piramide di numeri. I produttori sono stati omessi (Elton, 1927)

Ipotetica piramide di numeri invertita in cui i parassiti dei carnivori sono più numerosi dei carnivori

numeri Erbivori Carnivori del primo livello

Parassiti dei carnivori del primo livello

FStruttura trofica di una comunità: a sinistra è rappresentato il sistema delle catene di pascolo e a destra il sistema di detrito. Il significato dei simboli è il seguente: P = piante, H =

erbivori, C1 = carnivori primari, C2 = carnivori secondari, MOM = materia organica morta, D

= detritivori e decompositori, CD1 = carnivori primari della catena di detrito, CD2 = carnivori secondari della catena di detrito, R = respirazione, M = biomassa morta ed escrezioni.