Domande ecologia

Elenco domande aperte per esame

Produttività primaria: definizione, misure e fattori limitanti in ambienti terrestri e acquatici

La produttività primaria è la velocità di conversione dell'energia in biomassa da parte degli organismi autotrofi, avviene tramite fotosintesi ed è espressa in peso secco per unità di superficie per volume. La produttività primaria lorda (PPL) rappresenta l'energia totale convertita in biomassa. Si definisce produttività primaria netta (PPN) la differenza tra la PPL e la respirazione autotrofa (RA), ossia il tasso di produzione di biomassa effettivamente disponibile. La produttività permanente (BP) è la materia organica accumulata al suolo in una data area e istante.

La misura della produttività primaria avviene tramite misurazione diretta sul campo o per mezzo di satelliti con radiometria d'orbita polare che misurano l'indice del verde (parametro per la produttività primaria). In ambienti acquatici si utilizza il metodo delle bottiglie: presa una quantità d'acqua, si filtra e se ne versa una parte in una bottiglia chiara e la restante parte in una bottiglia scura (dove non avverrà fotosintesi ma solo RA); si misura poi la concentrazione di O₂ presente nelle due bottiglie, la somma della quantità contenuta nella bottiglia chiara con quella nella bottiglia scura è la PPL.

Fattori limitanti

I principali fattori limitanti in ambienti terrestri sono:

• Temperatura e acqua: alte temperature e alta disponibilità di acqua portano ad alta PP (bassa disponibilità di acqua porta a bassa PP), basse temperature portano sempre a bassa PP.
• T e periodo vegetativo: per periodo vegetativo si intende T minima necessaria alla pianta per iniziare la fotosintesi (varia da specie a specie).
• Luce: solo il 44% della radiazione incidente è utilizzata dalla fotosintesi, bassa efficienza d’uso. In condizioni naturali solo il 2% al suolo è utilizzabile.
• Nutrienti: quelli limitanti sono principalmente N e P. Il N è componente di Rubisco e clorofilla, assimilabile come NO₃^- e NH₄⁺, il P componente di ATP, acidi nucleici e membrane.
• Disponibilità di CO₂: fonte del carbonio. 0.004% in atmosfera, un aumento artificiale (tramite esperimento FACE) è connesso ad un aumento della PP, ma porta ad una percentuale minore di nutrienti.

In ambiente acquatici:

• Luce: varia globalmente, più alta vicino alle coste ed agli estuari, presenza di upwelling (risalita di nutrienti da acque fredde verso calde). Le onde rosse si attenuano velocemente, a 100 metri solo metà dell'intensità di onde blu. Viene definita una zona eufotica (prevale PP rispetto RA), una zona di compensazione (PP=RA) e una zona dove prevale solo RA.
• Nutrienti: principalmente P essendo poco solubile (in acque incontaminate, in acque inquinate è abbondante causa impatto antropico). Anche il Fe è limitante. I nutrienti sono legati alla luce, al di sotto della superficie non c’è PP in quanto la luce è troppo forte, agli estuari i nutrienti sono abbondanti ma la PP non è possibile causa acque troppo torbide che non fanno passare luce.

La PP varia inoltre in base alla stagionalità: in ambienti tropicali, causa insolazione più o meno costante tutto l’anno, sarà meno marcata rispetto a quella delle regioni temperate.

Produttività primaria: definizione e variabilità spaziale e temporale

Come sopra.

Flusso di energia: produttività secondaria, efficienze ecologiche, livelli trofici e catene alimentari

La produttività secondaria è la velocità di conversione di energia in biomassa da parte degli eterotrofi, è quindi il tasso di immagazzinamento dell'energia da parte dei consumatori. Il primo livello trofico sono gli erbivori, che la utilizzano per processi metabolici, sopravvivenza, accrescimento e riproduzione; ad ogni passaggio si ha uno spreco in calore. La produzione secondaria dipende dalla produzione primaria come fonte d'energia, maggiore è la PP, maggiore sarà la PS (controllo bottom-up). Anche la presenza di predatori influenza la PS: se questi non ci fossero i consumatori primari finirebbero per esaurire tutta quella disponibile.

L’efficienza nel trasformare l'energia assunta in produzione secondaria è variabile, anche all'interno di uno stesso ecosistema. Queste differenze possono essere illustrate attraverso l'efficienza di assorbimento (A/I) e di produzione (P/A). L'efficienza di assimilazione misura l'efficienza con il quale il consumatore ricava l'energia dal cibo: in genere carnivori hanno una maggiore efficienza di assimilazione rispetto agli erbivori; questo perché il materiale vegetale è di più difficile assimilazione e meno energetico rispetto alla carne. L’efficienza di produzione è la capacità di convertire l'energia assimilata in produzione secondaria: gli invertebrati hanno una P/A elevata e dissipano poco l'energia per il mantenimento della temperatura, i vertebrati ectotermi hanno una P/A intermedia e i vertebrati endotermi convertono in produzione solo l'1%-2% dell'energia assimilata (l’efficienza varia con la taglia dell'animale).

La serie di passaggi che mantiene il flusso di energia e di materia è definita catena; gli organismi che ottengono energia attraverso lo stesso numero di passaggi sono organizzati in livelli trofici. Il primo livello trofico è quello dei produttori primari, il secondo quello degli erbivori (che rappresenta il primo livello dei consumatori) e il livello successivo è quello dei carnivori (secondo livello dei consumatori). I principali gruppi trofici sono definiti in base alla fonte comune di energia. Ciascun livello trofico è collegato agli altri in modo da determinare un flusso continuo di energia. In ogni ecosistema esistono due catene alimentari: la catena del pascolo e la catena del detrito. Nella catena del pascolo la fonte di energia è la biomassa vegetale viva, frutto della produzione primaria netta; nella catena alimentare del detrito la fonte di energia è la materia organica morta e i materiali di rifiuto che derivano dalla catena del pascolo.

Esiste una differenza fondamentale nel flusso di energia tra i diversi livelli trofici nelle due catene alimentari: nella catena del pascolo il flusso energetico è unidirezionale, con la produzione primaria netta che rappresenta la fonte di energia per gli erbivori, che a loro volta lo sono per i carnivori; nella catena alimentare dei decompositori il flusso energetico non è unidirezionale: i rifiuti e la materia organica morta sono riciclati già all'interno di ciascun livello trofico e ritornano sotto forma di input come materia organica morta, cioè alla base della catena alimentare del detrito. Il flusso di energia nelle catene alimentari viene quantificato in efficienza di consumo (In/Pn-1) che è il rapporto tra ingestione di un livello trofico e produzione del livello trofico inferiore e definisce la quantità di energia disponibile consumata. L’efficienza del consumo determina il flusso dell'energia attraverso l'ecosistema.

L'andamento del flusso di energia attraverso gli ecosistemi di acque correnti differisce marcatamente sia dagli ecosistemi terrestri sia da quelli lacustri e marini: presentano una catena alimentare del pascolo ridotta e domina la catena alimentare del detrito. La quantità di energia che fluisce attraverso i vari livelli trofici diminuisce di passaggio in passaggio, lungo la catena alimentare: questo perché non tutta l'energia viene utilizzata per la produzione, solo il 10% dell'energia accumulata sotto forma di biomassa in un dato livello trofico viene convertito in biomassa nel livello trofico superiore. La misura per descrivere il trasferimento di energia tra due livelli trofici è detta efficienza trofica o di trasferimento: rappresenta il rapporto tra la produttività di un dato livello trofico e quella del livello che lo sostiene. Una conseguenza della diminuzione dell'energia attraverso la catena è la progressiva diminuzione della biomassa degli organismi da un livello trofico al successivo (piramide di biomassa).

Ecosistemi acquatici dulcaquicoli: caratteristiche generali, trofia, alterazioni ecosistemiche

Gli ecosistemi acquatici possono essere classificati in base alle caratteristiche fisiche dell'ambiente. Si suddividono in due categorie principali: ecosistemi di acqua dolce ed ecosistemi di acqua marina. Queste due categorie sono suddivise a loro volta in base alle caratteristiche del substrato, all'idro dinamismo e al tipo di organismi dominanti. Gli ecosistemi di acqua dolce sono classificati in base alla batimetria e alla velocità di corrente: lotici (fiumi e torrenti, acque correnti) e lentici (laghi, stagni e zone umide, acque ferme).

- Lentici: si formano per erosione glaciale e deposizione, per azione di fiumi e per origine zoologica e antropologica. Presentano alcune caratteristiche comuni: la vita è subordinata alla luce; la temperatura varia in base alle stagioni e alla profondità; l'ossigeno può comportarsi da fattore limitante soprattutto in estate, solo la parte superficiale dell'acqua può scambiare ossigeno per diffusione con l'atmosfera, in profondità la respirazione degli organismi decompositori ne diminuisce notevolmente la concentrazione. L’ecosistema lentico è caratterizzato da una zonazione orizzontale: fascia litorale, la luce raggiunge il fondale e stimola la crescita delle piante acquatiche (idrofite), fascia pelagica o delle acque aperte; la zona pelagica ha zonazione verticale: eufotica (fino a profondità di compensazione), profonda (RA, trae energia da materiale alloctono) e bentonica (fondale, processi decomposizione). I laghi vengono classificati anche in base al tipo di circolazione delle acque: olmittici, almeno una fase di piena circolazione; dimittici, almeno due fasi di piena circolazione; monomittici, una sola fase di piena circolazione; meromittici, stratificazione di temperatura perenne; e oligomittici, una piena circolazione irregolare. La fascia litorale è quella che presenta maggiore abbondanza di vita, nella zona pelagica le forme di vita più abbondanti appartengono al fitoplancton e allo zooplancton. La vita nella zona profonda dipende dalle sostanze nutritive, dalla temperatura e dall'ossigeno: in acque molto produttive l'ossigeno si comporta come fattore limitante; le acque profonde si riempiono di vita solo in autunno e primavera perché gli organismi degli strati superficiali vengono portati sul fondo per effetto del rimescolamento delle acque. Le eccessive immissioni di nutrienti (impatto antropico) nei sistemi acquatici causano processi di eutrofizzazione: maggiori nutrienti causano proliferazione di alghe causando l'intorbidimento delle acque e la morte delle idrofite, accumulo di materia organica sul fondo che favorisce la decomposizione aerobica e la diminuzione di ossigeno aumentando la presenza di prodotti inorganici tossici. In contrapposizione ai laghi eutrofi vi sono i laghi oligotrofi che presentano acque povere di nutrienti, soprattutto di azoto con acque molto trasparenti.

- Lotici: variano per struttura e per tipologie di habitat. Alla nascita i fiumi si presentano piccoli, dritti e veloci, con cascate e rapide. A valle, dove la pendenza inizia a diminuire, le acque rallentano e il fiume comincia a formare anse e ad ingrandirsi. I corsi d'acqua si ingrandiscono progressivamente lungo il loro percorso e ricevono affluenti di dimensioni diverse, formando un reticolo idrografico che può essere suddiviso in ordini dimensionali. Alla sorgente la PP è bassa (energia solo da input esterni), più si ingrossa e più aumenta la profondità, compare fitoplancton e zooplancton. All’estuario si ha un rimescolamento di nutrienti di fiume e di mare (possono non disperdere verso il mare essendo l’acqua dolce meno densa di quella salata tende a galleggiare sopra di essa formando un cuneo salino).

I principali biomi e le loro caratteristiche ecologiche salienti

Il bioma è un insieme di ecosistemi, definito dalla vegetazione dominante. I biomi vengono suddivisi in otto principali tipologie in base alle categorie predominanti di vegetazione: foresta tropicale, foresta temperata, foresta di conifere, savana tropicale, prateria temperata, macchia, tundra e deserto. Queste categorie riflettono il contributo relativo delle tre forme di vita delle piante: alberi, arbusti e piante erbacee. La relazione tra i diversi biomi con i valori medi della temperatura e delle precipitazioni atmosferiche riflette una chiara distribuzione climatica; questa distribuzione viene illustrata nel diagramma di Whittaker: definisce la probabilità di osservare un certo bioma date particolari condizioni di temperatura e piovosità annue; inoltre il diagramma mostra che i confini tra i diversi biomi sono spesso indistinti e sovrapposti tra di loro. Sull'asse delle x è mostrata la temperatura e sull'asse delle y le precipitazioni: dal grafico si può osservare che l'intervallo delle precipitazioni medie annue si riduce in relazione alla diminuzione delle temperature medie, cioè, l'ampiezza dei biomi diminuisce al calare delle temperature. Come detto precedentemente i diversi biomi sono definiti dal contributo relativo di alberi, arbusti e piante erbacee, questo perché rappresentano una diversa ripartizione del carbonio negli organi e negli apparati: alberi (C allocato per formare fusto), arbusti (intermedio), vegetazione (C allocato per costruzione organi fotosintetici).

- Foreste pluviali tropicali: localizzate nella zona equatoriale tra i 10°N e i 10°S di latitudine, in cui le temperature sono elevate tutto l'anno e ci sono piogge quasi tutti i giorni. La regione più estesa e continua di foresta pluviale si trova nel bacino del Rio delle Amazzoni, la seconda nell'Asia sud-orientale e la terza in Africa occidentale. Il clima varia geograficamente, ma in ogni caso è caratterizzato da una temperatura media superiore ai 18°C e da un valore minimo di precipitazioni superiore a 60mm. Posseggono un'elevata diversità di forme di vita vegetale e animale: migliaia sono le specie arboree, circa il 90% dei primati abitano le foreste. Le foreste pluviali tropicali si possono suddividere in cinque livelli verticali: chiome emergenti, piano superiore delle chiome, chiome delle piante basse, sottobosco di arbusti, felci e piante erbacee e, infine, livello del suolo e delle radici. Le condizioni di calore e umidità delle foreste pluviali facilitano la liscivazione e la solubilizzazione dei composti del terreno, questo comporta alti tassi di produttività primaria netta e alla formazione di una grande quantità di lettiera che viene per lo più consumata rapidamente dai decompositori.

- Savana: insieme di categorie vegetazionali caratteristiche delle regioni aride tropicali e subtropicali, con tappeti erbacei interrotti da cespugli e alberi. I tipi di vegetazione formano una copertura crescente di piante a fusto legnoso dalle praterie, ad arbusti e alberi diradati fino alla foresta; in Sud America le zone con maggiore densità di piante a fusto legnoso vengono chiamate cerrado, le aree con minore densità campos e llano, le zone caratterizzate da arbusti spinosi caatinga. Le savane presentano un clima continentale caldo con una stagionalità nelle precipitazioni, le temperature medie non scendono al di sotto dei 18°C. Il tipo di copertura vegetale è determinato dalla quantità e dalla stagionalità delle precipitazioni. Le savane si formano su superfici in rilievo, spesso su vecchi altopiani interrotti da scarpate e incisi da fiumi. La vegetazione è caratterizzata da piante adattate al fuoco a causa dei frequenti incendi. Struttura a due livelli: copertura erbacea del terreno e quello degli arbusti e degli alberi. La lettiera fogliare viene decomposta nel corso della stagione umida, mentre le componenti legnose vengono consumate dalle termiti durante la stagione secca. La caduta delle foglie e l'accumulo della lettiera provocano un'elevata concentrazione di nutrienti nel suolo e mantengono un buon tasso di umidità al di sotto della chioma fogliare, aumentando la produttività. Le savane ospitano ampi raggruppamenti di erbivori, invertebrati, pascolatori e brucatori, nonché di grossi carnivori.

- Deserti: comprendono un gruppo diversificato di ecosistemi e occupano il 25-35% della superficie terrestre, confinati tra i 15° e i 30° di latitudine. Ci sono deserti tropicali, deserti temperati in cui le temperature sono alte ma possono andare sottozero nei mesi invernali. La caratteristica fondamentale di deserti è la carenza di precipitazioni. La maggioranza degli ambienti aridi è localizzata nell'emisfero settentrionale, il deserto più grande del mondo è il Sahara. I deserti sono anche presenti nella penisola arabica e nell'India nord-occidentale. Anche nel Nord America si possono trovare deserti temperati come la Sierra Nevada. Le zone desertiche dell'Africa meridionale includono il deserto del Namib, il deserto del Karoo e il deserto del Kalahari. I deserti non sono uguali ovunque: esistono deserti caldi, deserti freddi (Gobi), deserti estremi e zone semidesertiche. I deserti freddi e caldi di altopiano sono dominati da arbusti di chenopodi e artemisia, questi luoghi possono essere considerati steppe arbustive o deserti a macchia. I deserti caldi vanno da zone aride completamente prive di vegetazione, a zone caratterizzate da un insieme di chenopodi, arbusti nani. Animali e piante sono adattati alla scarsità di acqua, attraverso meccanismi di evitamento della siccità e di resistenza alla siccità o attraverso adattamenti morfologici, comportamentali o fisiologici.

- Macchia mediterranea: caratterizzata da ecosistemi costieri con estati calde e asciutte e inverni freddi e umidi, la vegetazione dominante è xerofitica con arbusti sempreverdi e alberi sclerofili adattata a sopportare disturbo da incendi: protezione dei fusti, semi che necessitano di calore per germinare.