Ecologia (ecosistema e caratteristiche, produzione primaria PPN, PPL, PPI; energia degli ecosistemi, catene alimentari, decomposizione, ecosistemi terrestri, suolo, ecosistemi acquatici: lago lentico, lotico, paludi ecc)

H

−¿+ ¿

H CO H CO

−→

2 3 2 3

2−¿ carbonato , ioneidrogeno)

(ione ¿

+¿+CO 3 ¿

H

−¿−→ ¿

HCO 3

Ph acido <7, Ph basico > 7, Ph neutro = 7

La misurazione dell’alcalinità o acidità di una soluzione è il Ph; l’abbondanza di ioni H aumenta

l’acidità.

L’acqua pura presenza un Ph neutro perché la sua dissociazione produce in ugual misura ioni

H+ e OH-.

Il Ph della acque naturali varia da 2 a 12, le acque provenienti da bacini dominati da rocce

carboniche avranno pH maggiore rispetto a bacini con rocce acide come arenarie e graniti.

L’acqua marina è debolmente alcalina con un pH compreso tra 7.5 e 8.4.

Il pH esercita un’influenza rilevante sulla distribuzione e l’abbondanza di organismi, l’aumento del

pH può danneggiare direttamente o indirettamente gli organismi; la maggior parte di essi non p in

grado di sopravvivere o riprodursi in ambienti con pH < 4.5, questo perché le acque acide

contengono elevate concentrazioni di alluminio tossico se non mortale per molte specie

acquatiche.

Movimenti delle acque:

I movimenti delle acque determinano le caratteristiche di molti ambienti acquatici

Torrenti: acqua veloce, la corrente rimuove particelle con diametro inferiore a 5 mm determinando

la formazione di un fondale sassoso.

Fiumi: acque più lente, incremento del quantitativo di limo e materiale organico in decomposizione

che si accumula sul fondale.

Le acque fredde profonde quando incontrano quelle equatoriali

Classificazione Ecosistema e Biomi:

- Ambiente Terrestre: la vegetazione descrive l’ecosistema e il bioma (con la sua dipendenza dal

clima)

- Ambiente Acquatico: Acque Lentiche (ferme), Acque Lotiche (correnti), Marino costiere, Mare

aperto ecc

Le foglie sono suddivise in: Decidue (sopravvivono solo 1 anno o 1 stagione), Sempreverdi

(vivono più a lungo)

I più importanti ecosistemi e biomi sono:

Tundra (artica ed alpina)

Foreste di conifere boreali (o Taiga)

Foreste di decidue

Praterie temperate

Savane tropicali

Chaparral (macchie sempre verdi): piogge invernali, estati secche

Deserto

Foreste tropicali non sempre verdi

Biomi Acquatici

- Acqua dolce: Lentici (acqua ferma; laghi, stagni), Lotici (acqua corrente; fiumi, torrenti), Terre

Umide (foreste paludose, acquitrini)

- Marini: Oceano aperto, Acque della piattaforma continentale, Regioni di risalita, Estuari

Le proprietà emergenti e collettive:

Nella gerarchia quando dei componenti o sub insiemi si combinano per produrre un grande

insieme, ne emergono nuove proprietà che non erano presenti prima.

Proprietà emergenti (o irriducibili): ad un livello ecologico non possono essere previste dallo

studio delle componenti; una proprietà dell’insieme non riconducibile alla somma delle proprietà

delle sue parti

Es: reazioni chimiche, simbiosi (coralli)

Proprietà collettive: sommatoria degli effetti delle singole componenti

Es. natalità di una popolazione

La struttura dell’ecosistema:

Gli organismi viventi ed il loro ambiente non vivente, sono legati in modo inseparabile ed

interagiscono tra di loro; un ecosistema è un’unità che include tutti gli organismi che vivono

insieme (componente biotica) in un dato ambiente fisico (componente abiotica).

Dal punto di vista trofico, l’ecosistema è diviso in due strati:

- Strato superiore Autotrofo (Autonutriente): “fascia verde” dove predomina la fissazione

dell’energia luminosa e la costituzione di sostanze organiche complesse con l’uso di sostanze

inorganiche

- Strato Inferiore Eterotrofo (si nutre di altri): “fascia bruna” in cui predomina l’utilizzo, la

trasformazione e decomposizione della materia

L’ecosistema è formato da:

- sostanze inorganiche

- composti organici

- aria, acqua, substrato, regime climatico ecc

- Produttori (organismi che sintetizzano molecole organiche da sostanze inorganiche)

- Organismi da pascolo, macroconsumatori, detritivori, saprotrofi, decompositori, saprofagi

Detritivori/saprotrofi/decompositori: ricavano energia demolendo tessuti morti o assorbendo

materia organica disciolta

Saprofagi: si nutrono di materia organica morta

Input / Output energici:

Input Energetici (energia in ingresso nell’ecosistema): energia solare, vento, pioggia/acqua,

combustibili fossili, eruzioni sottomarine, sostanza organica morta, organismi viventi

Output Energetici (energia in uscita dall’ecosistema): calore, materia organica morta, prodotti

solubili in H2O, organismi viventi

Energia degli ecosistemi:

Tutti i processi ecologici comportano il trasferimento di energia; Il flusso di energia nell’ecosistema

è governato dalle leggi della termodinamica:

- 1° Legge della Termodinamica: l’energia non si crea e non si distrugge, si trasforma

Es: la legna brucia, l’energia potenziale persa per la rottura dei legami del legno eguaglia l’energia

cinetica rilasciata sotto forma di calore (reazione esotermica: rilascio di energia sotto forma di

calore)

Fotosintesi: CO2 + H20  C6H12O6 + H2O + O2 (reazione endotermica: richiede energia per

avvenire)

0

- 2° principio termodinamica: quando l’energia si trasforma parte di essa assume una forma

che non può essere più utilizzata

Es: legna brucia, produce vapore e una parte di energia è dispersa nell’ambiente sotto forma di

calore

Energia trasferita da un organismo all’altro sotto forma di cibo viene in parte accumulata nei tessuti

dell’organismo che assume l’alimento e in parte dispersa sotto forma di calore e prodotti di scarso

del metabolismo. In queste reazioni parte dell’energia potenziale è persa sotto forma di calore, una

forma di energia non più utilizzabile per produrre lavoro questa riduzione dell’energia potenziale è

nota come Entropia (Q/T)

Se la termodinamica viene applicata a sistemi chiusi (non si hanno scambi con l’esterno) con il

tempo si tende ad un entropia massima: massimo disordine ed incapacità di produrre lavoro

I sistemi aperti come gli ecosistemi ricevono energia dall’esterno (es radiazione solare) che

contrasta l’aumento di entropia, viene mantenuto l’ordine dell’ecosistema che mantiene così il suo

equilibrio I= funzione di interazione (animale

carnivoro, mangia erbivoro e anche

piante verdi

Ipotesi di GAIA (Loverlock, 1979)

Gli organismi si sono evoluti con l’ambiente fisico producendo un complesso sistema di controllo

dell’ambiente che mantiene le condizioni favorevoli per la vita sul nostro pianeta

Marte Vener Terra senza Terra oggi

e vita

Atmosfera

CO2 95% 98% 98% 0.03%

Azoto 2.7% 1.9% 1.9% 79%

Ossigeno 0.13% Tracc Tracce 21%

e

Temperatura -53 477 290 +- 50 13

superficie in

°C

Produzione primaria, PPN, PPL, BP:

Il flusso di energia in un ecosistema inizia con l’assorbimento della radiazione solare da parte degli

autototrofi.

Produttività primaria: tasso di conversione dell’energia radiante in sostanza organica attraverso il

processo di fotosintesi

PPL (produttività primaria lorda): tasso totale di fotosintesi o dell’energia che viene assimilata

dagli autotrofi

PPN (produttività primaria netta): tasso di immagazzinamento dell’energia sottoforma di

sostanza organica

BP (Biomassa permanente): materia organica totale accumulata in una data area in un

determinato periodo di tempo

Valutazione PPN negli ecosistemi terrestri: diminuzione di biomassa vegetale dovuta a morte

delle piante (M) e consumo di erbivori (C)  PPN = (∆ BP) + M + C

Metodo delle bottiglie chiare e scure per valutazione PP negli ecosistemi acquatici:

Un campione di acqua contenente fitoplancton (produttore primario) viene introdotto in due

bottiglie, una chiara ed una scura, ed incubato per un determinato periodo di tempo.

- bottiglia chiara: O2 è prodotto nella fotosintesi e consumato nella respirazione, l’aumento della

concentrazione di O2 rappresenta la differenza tra il tasso di produzione e quello di consumo

quindi la PPN.

fotosintesi + respirazione, PPN valutata con stima della concentrazione di O2:

O −O

2( prodotto di fotosintesi) 2 nel processo di respirazione di organismi autotrofi ed eterotrofi)

(consumato

- bottiglia scura: la mancanza di luce innesca solo il processo respiratorio, così la concentrazione

di O2 diminuisce;

La differenza della concentrazione di O2 nella bottiglia chiara e in quella scura, alla fine del periodo

di incubazione, rappresenta il tasso di produzione dell’ossigeno dell’intero processo fotosintetico

cioè il PPL

[ ] = concentrazione

O

¿ O

O ¿

=

¿ ¿

¿ ¿

¿

¿

Temperatura, acqua e nutrienti regolano la PP negli ecosistemi TERRESTRI:

La PP è positivamente correlata alle precipitazioni e alle temperature medie annuali:

- l’aumento di temperatura dipende dalla quantità di radiazione solare annuale intercettata in una

data località e si riflette nell’aumento della temperatura giornaliera e nell’estensione della stagione

vegetativa (periodo, giorno, durante il quale la temperatura è sufficientemente elevata da attivare il

processo di fotosintesi. Di conseguenza le località con temperature medie annuali più elevate sono

caratterizzate da maggior produttività e periodi più ampi in cui la fotosintesi è attiva.

- Perché il processo fotosintetico e quello produttivo avvengano le piante devono aprire gli stomi

per assorbire CO2, a stomi aperti l’acqua evapora dalle foglie all’aria; per mantenere gli stomi

aperti le radici devono rimpiazzare l’acqua persa assorbendola dal terreno. Maggiore è l’entità

delle precipitazioni, maggiore è il quantitativo di acqua disponibile per la traspirazione; la quantità

d’acqua regola sia la velocità di fotosintesi sia la quantità di foglie prodotte.

La temperatura e le precipitazioni agiscono in diretta relazione tra di loro: temperature elevate

dell’aria: aumentano l’evaporazione, incrementano traspirazione ed aumentano l’esigenza di acqua

da parte delle piante.

Es:

+ T, + H2O: Produttività elevata

+ T, - H2O: produttività bassa

- T, + H2O: produttività bassa

La produttività massima si ha quindi con la combinazione di alte temperature e con un adeguato

apporto idrico per la traspirazione.

- anche la disponibilità di nutrienti essenziali necessari alla crescita delle piante ha un effetto sulla

produttivit&a