Ecologia (no Demoecologia - Prof. Lazzara)

invece la variazione è più limitata da -1,9 (temperatura di congelamento dell’acqua salata) a +25 *C. La variazione nei

mari ha degli estremi più marcati di quelli degli oceani che sono più labili.

Le aree a piovosità più alta di 3 mt annui sono: Himalaya, Indonesia, Africa centro-occidentale ( dove finiscono i venti

occidentali e iniziano gli alisei) e la foresta Amazzonica. In Italia si hanno 3-4 condizioni diverse, le precipitazioni più

abbondanti sono sulle alpi Apuane, o su quelle orientali (+ di 1500 mm\annui) scendendo verso il sud si trova un

clima sempre più tropicale con piogge sotto i 500 mm.

La variazione di piovosità determina anche la disponibilità di acqua nei vari ambienti.

L’UNESCO ha diviso i climi in 7 gruppi:

equatoriale

subequatoriale

tropicale

subtropicale

temperato

subpolare

polare

Un’ulteriore classificazione però ha tenuto conto anche dell’umidità articolando la classificazione in 13 climi

(Classificazione di Strahler). A partire da questa poi Koppen ha evoluto un’ulteriore classificazione tenendo conto

della vegetazione.

Il rapporto clima vegetazione tenta di spiegare la distribuzione della vegetazione e le diverse associazioni tra vegetali

e condizioni climatiche, a partire da ciò si è arrivati ad una classificazione degli organismi non più morfologica, ma

bensì fisiologica (ad esempio a che temperatura certe piante possono vivere). Raunkiraer a infatti proposto una

classificazione in base alla posizione delle strutture riproduttive delle piante:

Fanerofite : hanno i fori esposti alle condizioni ambientali (zona equatoriale)

 Camefite: a mezz’aria

 Emicriptofite: hanno le strutture interrate nel terreno (Nord Europa)

 Geofite: completamente interrate

 Terofite: passano la stagione secca, avversa, in forma di seme (tropici)

 Idrofite: completamente immerse o immergono solo le strutture riproduttive in acqua.



Risulta quindi evidente un’associazione clima-vegetazione, tanto che Thorntwait ha misurato le condizioni climatiche

essenziali per questa associazione: piovosità e temperatura e le ha ripetute in varie aree geografiche su base annuale.

Si nota che i dati si raggruppano sempre in una sola parte del piano e che a temperature molto basse la piovosità è

bassa. Questi dati hanno portato alla classificazione di Whittaker che distingue vari biomi:

ARTICO ALPINO:

TUNDRA ( -15 *C e 0-200 cm di pioggia)

FORESTA BOREALE ( 0 *C e 100-300 cm )

PLUVIALE TEMPERATO:

ZONE BOSCHIVE FREDDE ( 0-20 *C e 50-100 cm)

FORESTA TEMPERATA DECIDUA (10-20 *C e 120-210 cm)

FORESTA TROPICALE MONTANA ( 10-20 *C E 200-300 cm)

TEMPERATO CALDO:

SAVANA FORESTA SPINOSA (20-30 *C e 50-150 cm)

FORESTA TROPICALE SECCA (20-30 *C e 150-250 cm)

FORESTA TROPICALE SEMPREVERDE ( 20-30 *C e 250-450 cm)

DESERTO CALDO E FREDDO ( 0-30 *C E 0-50 Cm )

Si nota quindi che la vegetazione varia al variare della disponibilità di acqua , ma allo stesso tempo le piante

traspirano emettendo vapore acqueo che quindi modifica l’entità del vento e dell’insolazione influenzando così il

microclima . La vegetazione cambia inoltre all’aumentare dell’altitudine e della latitudine: dall’equatore verso i poli si

trovano foreste sempreverdi, for decidue, conifere, praterie e tundra. Salendo di quota invece si ha una variazione

fino al limite della vegetazione arborea, oltre il quale l’acqua tende a congelare e quindi più difficilmente utilizzabile.

Oltre queste altitudini di solito si trovano arbusti ed p erbacee.

La distribuzione della vegetazione terrestre varia con la disponibilità di acqua e con la variazione del suolo. Nei mari

invece dipende dalla disponibilità dei nutrienti, la maggior concentrazione di vegetazione si ha infatti ai poli dove le

temperature rigide fanno si che ci sia una forte ridistribuzione dei nutrienti che quindi arrivano anche in superficie

dove arriva anche più luce.

Flora: elenco delle specie vegetali presenti in un’area

Vegetazione: considera l’aspetto morfologico delle piante

GEOLOGIA E AMBIENTE

Il pianeta è costituito da più strati che circondano il nucleo centrale, e possono essere solidi o liquidi.

Nucleo: è solido e formato soprattutto da ferro ad alte temperature. Esso possiede una fase liquida più

 esterna. Genera il campo magnetico che avvolge la terra, chiamato magnetosfera. Ha un raggio di 3400 km

Mantello: è caldissimo e deformabile. Esso è percorso dai moti convettivi che muovono la crosta terrestre. Va

 da 200 km a 2200 km. Tra i 500 e i 600 km si trovano rocce contenenti acqua complessata con ioni.

Crosta terrestre: è lo strato freddo, leggero e fragile che galleggia sul mantello. Ha un raggio tra 0 e 200 km .

 E’ composta perlopiù da ossigeno, calcio, alluminio e ferro. La crosta è saldata con la parte superiore del

mantello a formare il mantello litosferico. Si divide in crosta continentale, caratterizzata dalla presenza di

rocce granitiche, e crosta oceanica fatta prevalentemente da rocce basiche.

Movimenti della litosfera: lo strato superiore del mantello è caratterizzato da correnti convettive che spaccano la

crosta in zolle o placche tettoniche, e quali scorrono sulla superficie del mantello dando vita a diversi fenomeni:

1. Placche si allontanano fuoriesce magma da una spaccatura della crosta chiamata “rift”, formando così le

dorsali medio-oceaniche. Le rocce magmatiche allontanandosi dalle catene vanno poi a formare le lande

2. Formazione di vulcani sotterranei “punti caldi”. Se una placca continentale collide con una oceanica, questa

sprofonda perché più pesante e si riscalda. Il magma formato ora tende a risalire formando catene montuose

e vulcani

3. Il terremoto: dovuto alla frizione tra placche, che sono dotate di elasticità e quindi possono contarsi come

una molla e quando si rilasciano riversano l’energia accumulata

4. Le faglie: sono le superfici di separazione tra le varie zolle profonde

5. Bacini oceanici: si formano quando le placche si allontanano molto velocemente si possono formare i bacini

oceanici, come ad esempio “L’anello di fuoco” nel pacifico dove si hanno numerosi terremoti ed eruzioni a

causa del movimento delle placche.

6. Alpi e Balcani sono dovuti alla compressione tra placca africana e continente euroasiatico

7. La teoria della tettonica della tettonica a placche è stata studiata dando più o meno un’idea delle placche. Ci

dice che la convergenza rapida tra crosta oceanica e continentale determina la formazione di fosse

oceaniche, mentre se è lenta, per erosione delle rocce superficiali si vanno a depositare i sedimenti e a

formare una piattaforma continentale

I moti convettivi hanno fatto avvicinare e allontanare le placche tra loro varie volte. 200 milioni di anni fa i continenti

erano riuniti in un unico supercontinente chiamato Pangea, circondato da un unico oceano Pantalassa. Tra l’era del

paleozoico e quella del mesozoico è iniziata la deriva dei continenti

Minerale ha una regolare composizione cristallina degli atomi, sono fatti da materiale magmatico solido a

composizione chimica definita. Più minerali si uniscono tra loro a formare le rocce. Ogni minerale presenta una

definita dimensione dei cristalli e una specifica interazione tra i diversi cristalli. Si distinguono tre tipi di rocce : ignee,

sedimentarie e metamorfiche e sono tra loro collegate da un ciclo delle rocce. Le rocce ignee si formano per

solidificazione del materiale fuso del mantello ( basalto raffreddato velocemente ha cristalli più fini, granito con

cristalli a grana più grossa e carbone). Per erosione, invecchiamento e sedimentazione queste rocce possono formare

le rocce sedimentarie oppure in conseguenza di alte temperature e pressioni possono formare le metamorfiche. Le

rocce sedimentarie si formano in seguito a : alterazione meccanica delle altre rocce, reazioni chimiche come

l’ossidazione , accumulo e compattazione (es: pomice). Le rocce metamorfiche infine si formano in conseguenza delle

alte temperature e pressioni, esempi sono: arenaria, marmo e calcare)

ECONOMIA GEOLOGICA E RISORSE

Le maggiori risorse minerarie utilizzate dall’uomo sono i metalli che hanno caratterizzato la storia della colonizzazione

umana, i più estratti sono: ferro, alluminio, rame e cromo, manganese e nichel. Oltre a questi esistono i non metalli,

estratti in quantità ancora maggiori e sfruttati soprattutto in edilizia, tra questi: sabbia e ghiaia, calcare (per

calcestruzzo e pietre), solfuri. Inoltre c’è un’intensa attività di estrazione di pietre preziose e metalli. Ovviamente

l’utilizzo di queste risorse ha un costo ambientale:

Estrazione dal letto dei fiumi provoca la distruzione del metallo stesso, comportando quindi un

 intorpidimento dell’acqua a causa del solidi in sospensione. I letti dei fiumi sono ricchi in metalli a causa della

continua erosione delle rocce da parte dell’acqua.

Le cave, o miniere a cielo aperto alterano il territorio lasciando depositi di materiale da cui poi sono estratti i

 metalli. Inoltre solitamente intorno a queste miniere si tende a ripulire l’area utilizzando sostanze chimiche

che rimangono come inquinanti nel suolo. Infatti a causa delle scorie presenti si possono formare i “suoli

tossici”. Servirebbe quindi un’attività di contenimento e ripristino delle condizioni ambientali.

Una strategia potrebbe essere il riciclo dei metalli. Ad esempio, l’alluminio estratto dalla tauxite per elettroforesi

potrebbe essere riciclato portando i costi a 1\20 rispetto a quelli di estrazione. Altri metalli riciclabili sono acciaio,

rame, oro e platino. Oltre a ciò sarebbe importante ridurre l’utilizzo dei metalli e incrementare l’uso di tecnologie

quali la fibra ottica al posto dei cavi di rame.

RISCHI GEOLOGICI

Terremoti sono improvvisi movimenti della crosta in corrispondenza delle faglie. L’attrito tra le due placche provoca

l’accumulo di tensione a livello della faglia, tensione che viene liberata tramite uno scatto improvviso. Tale evento

avviene più facilmente nella fase di subduzione (scorrimento di una placca sotto l’altra). Non è facile prevedere un

terremoto, ma tramite gli eventi passati si possono stabilire delle zone a rischio elevato. Nelle zone oceaniche si

possono inoltre avere gli tzunami, causati da movimenti tellurici delle placche oceaniche.

Vulcani, sono la principale fonte dei materiali contenuti nella crosta terrestre, inoltre questo materiale rende il

terreno molto fertile grazie alla ricchezza in minerali. Sono anche causa di rischio per l’uomo a causa delle emissioni

di polvere vulcanica e solfuri.

Smottamenti, ovvero l’accumulo di materiali che si muovono verso il basso. Questi posso essere prodotti da attività

vulcaniche umane come la deforestazione e la costruzione di edifici in posti instabili.

Stoccaggio di nitriti radioattivi.

CICLI SEDIMENTARI

Il ciclo idro-geochimico riguarda solo processi chimico-fisici che potevano avvenire prima della comparsa degli

organismi . I confini di questo ciclo sono definiti dai bacini idrografici dei fiumi poiché è l’acqua a muovere il ciclo sia

tramite i soluti disciolti sia tramite quelli in sospensione. Un bacino idrografico è l’insieme di tutte che acque che

finiranno in certo fiume e che scorreranno verso il mare, tra queste ci sono sia le acque superficiali che quelle del

sottosuolo. I limiti sono dettati quindi dal crinale dei monti, cioè il punto da cui l’acqua scende verso valle e dal mare

dove finisce il fiume. Le acque sotterranee però complicano il discorso in quanto queste possono finire da un bacino

ad un altro. In assenza di vita i nutrienti sono in equilibrio e trattenuti nella riserva, saranno invece i minerali ad

essere assorbiti dall’habitat. L’aggiunta di organismi viventi determina l’aggiunta di diversi compartimenti, soprattutto

l’aggiunta di organismi vegetali causerà la formazione di tre nuovi compartimenti: trasporto nei vasi, la modifica delle

concentrazioni di nutrienti nel suolo e la modifica delle riserve (biota, detrito e humus). Si possono comunque

distinguere ecosistemi diversi in cui variano le dimensioni delle varie risorse:

FORESTE TEMPERATE – TROPICALE UMIDO (equatoriale), nel sistema equatoriale la biomassa è molto maggiore basti

pensare alla foresta pluviale , mentre nel suolo si hanno piccoli accumuli e poca acqua superficiale in transito. La

differenza sta nelle temperature e nelle precipitazioni: nelle foreste pluviali c’è accumulo di lettiera in superficie

perché c’è il trasporto da parte delle piogge, inoltre le alte temperature fanno si che la decomposizione di materia

organica da parte di batteri e funghi sia più rapida.

CICLO DEL FOSFORO

Il fosforo è contenuto in rocce ma è soprattutto presente come fosfato solubile e quindi disciolto. Può poi passare allo

stato insolubile e precipitare . il fosforo è usato soprattutto in agricoltura per la formazione di fertilizzanti ed essendo

disciolto è sempre disponibile nel terreno. Il fosforo nel terreno può poi rimanere lì o essere riversato in mari e

oceani dove causa eutrofizzazione o si deposita nei sedimenti dei fondali profondi. Normalmente il fosf disciolto sta

negli animali e tramite decomposizione torna ad essere disponibile. Altre riserve di fosforo sono i depositi di grano

del Perù . la disponibilità di questo elemento è inoltre influenzata dal pot redox dell’ambiente. Per evitare l’abuso di

fertilizzanti chimici, si possono usare le simbiosi tra funghi e radici delle piante andando a formare le radici

micorrizzate. In questo modo l’apparato radicale verrebbe potenziato dalle ife del fungo e queste potrebbero inoltre

fornire il fosforo.

CICLO DELLO ZOLFO

questo è un ciclo complicato a causa dei numerosi stati in cui lo zolfo si può trovare. Si può infatti rilasciare

nell’ambiente sotto forma di anidride o di acido solfidrico, grandi quantità vengono rilasciate dall’uso combustibili

fossili. Gran parte delle trasformazioni sono svolte da batteri e permettono il passaggio da solfati, a zolfo a solfuri (e

viceversa). I batteri dello zolfo possono anche portare alla formazione di rocce “stromatoliti” presenti a in ambienti

costieri. Nell’atmosfera certi composti dello zolfo possono agire da nuclei di condensazione e provocare la formazione

di nubi influenzando il bilancio energetico. Tali composti sono prodotti da fitoplancton e alghe microbiche

( dimetilsolfuro e dimetilsolfurato) . il dimetilsolfurato forma i nuclei di condensazione e agisce da schermante per la

radiazione solare entrante e per questo è considerato limitante per l’effetto serra.

Suolo

Il suolo nasce dall’alterazione dello strato più superficiale della litosfera ed è fatto da una miscela di minerali, materia

organica in decomposizione e moltissimi organismi viventi. Sul suolo si svolgono svariati processi chimico-fisici e

biologici. La formazione del suolo avviene per pedogenesi e si può considerare come una risorsa che si degrada e si

rinnova. Un aspetto importante è la tessitura del suolo, ovvero lo spettro dimensionale delle particelle : argilla

(minore di 0.002mm), limo (=slit, 0.002-0.05 mm), sabbia ( 0.05 e 2 mm), oltre a queste particelle possono poi essere

presenti ghiaia e ciottoli di dimensioni maggiori che possono però essere considerati al di fuori della struttura del

suolo. La tessitura del suolo è quindi determinata dalle percentuali della presenza di queste tre particelle. La tipologia

di tessitura risulta importante per capire la disponibilità di acqua, questa infatti non riesce a passare dall’argilla che

rende quindi il suolo impermeabile e può allagarsi. Al contrario nel terreno sabbioso l’acqua percola tranquillamente.

La tessitura ideale sarebbe quella intermedia cioè un terreno limoso. Lo spettro reale varia grazie alle componente

organica, alla materia in decomposizione ( =sostanze umide o humus). Queste sono rappresentate da polimeri

organici che si decompongono lentamente, catene carboniose derivanti ad esempio da cellulosa e lignina. Altre

componenti sono acidi umici ( che si formano dalla decomposizione) e acidi fumici. Queste sostanze si complessano

con le particelle formando i colloidi; ad esempio possono legare l’argilla così da aumentare la tessitura, e minerali così

da formare riserve di nutrienti. Nel suolo si trovano inoltre le radici delle piante che assorbono acqua e nutrienti. Le

grandi quantità di interstizi tra le particelle è molto importante, un suolo asciutto infatti conterrà solo organismi

anaerobi mentre un suolo areato potrà ospitare anche gli aerobi, ma potrebbe essere soggetto a siccità. Gli organismi

presenti nel suolo sono: decompositori (batteri e funghi), detritivori (coleotteri e imenotteri), mammiferi (talpe e

marmotte). Si distinguono vari strati nel suolo chiamati orizzonti:

1. O- organico: dove è presente la materia organica, batteri e organismi parzialmente decomposti

2. A-topsoil: è ancora presente della materia organica in decomposizione oltre a organismi viventi e minerali

3. E-eluviato: dove i nutrienti disciolti possono scorrere negli strati sottostanti

4. B-subsoil: dove arriva il materiale dagli strati superiori e la tessitura diviene più densa a causa dell’accumulo

di nutrienti

5. C-roccia madre: frammenti di rocce più o meno erosi con pochissima materia organica

I componenti della biomassa (zuccheri, cellulosa, lignina, cere, fenoli) hanno diversa velocità di decomposizione, la

più lenta è la lignina. I prodotti della decomposizione si accumulano poi in diverse aree: in una foresta temperata si

ha un accumulo nel suolo, mentre nella foresta tropicale no poiché in questa la decomposizione è più rapida a causa

delle alte temperature e delle piogge abbondanti che dilavano il terreno. Nelle foreste ropicali quindi la maggior

parte del C derivante dalla decomposizione si ha nelle piante e non nel suolo.

PEDOGENESI: è un processo continuo che dipende da vari fattori come il clima , la materia rocciosa di partenza, e i

microrganismi presenti. Il primo passo è la frantumazione della roccia madre ad opera del clima (piogge, ghiaccio e

vento) poi i microrganismi forniscono la componente organica. A questo punto potrebbe poi arrivare un seme che

germinando mette le radici che favoriscono la rottura della roccia sottostante. Poi si ha la decomposizione della

materia organica, l’humificazione. Concorrono inoltre modificazioni chimiche:

CARBONATAZIONE: l’evaporazione e assorbimento dell’acqua sono contrastate dalle precipitazioni che mettono in

soluzione i Sali alcalini i quali si muovono verso l’alto. Un’infiltrazione di acqua dalla superficie del suolo fa

ridiscendere i Sali . in un bilancio netto si ha un accumulo di carbonato di calcio nel subsoil

SALINIZZAZIONE: il processo è analogo ma avviene in climi più secchi e lo strato di sale si fissa o sulla superficie o in

prossimità di essa.

ALCALINIZZAZIONE:

I suoli sono poi divisi in 12 ordini a seconda della struttura e composizione . Alcuni esempi:

Podzol: tipico delle foreste decidue o di conifere europee. Presenta un colore molto scuro negli strati più

o profondi per gli accumuli di ossidi ferro e alluminio. Sono terreni piuttosto acidi

Chernozem: tipico delle praterie dove è presente uno strato scuro dentro alla materia organica accumulata e

o poi un accumulo di calcio sottostante.

Latisol : fortemente ossidato

o

FORESTE E PASCOLI

Le foreste sono fatte da alberi ad alto fusto sopra i 5 m che devono raggiungere almeno il 10 % della copertura.

Foreste e boschi occupano circa un terzo delle terre emerse mentre un quarto è occupato da pascoli , l’11 % terre

coltivate , un terzo sono terre inutilizzate o inutilizzabili come la calotta artica. Tra le foreste si hanno sia le foreste

vergini sia quelle utilizzate per ottenere il legno, questi ecosistemi hanno la caratteristica della resilienza, ovvero la

capacità di tornare allo stato originario dopo averlo abbandonato. Le foreste svolgono ruoli fondamentali: la

regolazione del clima, il ciclo dell’acqua e il mantenimento della biodiversità, la purificazione dell’aria (=SERVIZI

ECOLOGICI). Ma possono anche fornire il legname e la polpa di legno, oltre ad avere un valore paesaggistico e

storico. Particolare attenzione è rivolta alle foreste vetuste (old growth) , quelle modificate dall’esposizione umana e

quindi più stabili e ricche di vita (ne fanno parte 1\5 delle foreste totali). I maggiori produttori di legno sono USA,

Russia, Canada e Giappone che importa la legna da Russia e USA.

Esistono 6 categorie di foreste:

A. Foreste tropicali: contengono circa la metà di tutte le specie animali e vegetali conosciute oltre ad avere i

2\3 della biomassa di tutte le piante superiori. Sono però anche quelle che scompaiono più velocemente

infatti ogni hanno circa il 2% di queste scompare. Sono comuni in Indonesia e Giappone. Una conseguenza

del disboscamento è che il terreno risulta esposto al all’acqua e così le particelle vengono lavate va

dall’acqua che non viene più trattenuta, così si formerà piano piano un terreno desertico. Inoltre l’uso

agricolo di questi suoli li impoverisce di nutrienti, andrebbero quindi coltivati con apposite colture così da

farli riprendere gradualmente.

B. Foreste temperate: tipiche dei paesi settentrionali (1\4 si ha in siberia) e sono molto sfruttate per la

produzione del legno. Per quando riguarda la biodiversità queste sono seconde solo alle foreste tropicali. I

metodi di raccolta del legname sono diversi:

taglio raso= si sceglie una parte di foresta e si taglia tutto, metodo più rapido ma aumenta l’erosione ed

elimina l’habitat della fauna selvatica

taglio …. = si tagliano le specie con più alta capacità rigenerativa tramite rigetti( ad esempio il faggio o il

castagno)

taglio matriciale= si identificano in ogni porzione di terreno le matrici da non tagliare

taglio a striscia=

taglio selettivo= una piccola parte di alberi matrici sono raccolti in 10-20 anni di rotazione . e’ un tipo di

raccolta tipica delle old growth

C. Umide

D. Temperate decidue

E. Temperate sempreverdi

F. Pascoli e incolti: occupano il 26% delle terre emerse . l’allevamento può provocare diversi problemi:

eliminazione di certe specie, in quanto solo alcune sopravvivono

l’uso estremo del terreno può causare disseccamento e desertificazione, ciò avviene a causa

dell’eliminazione della copertura vegetale causata ad esempio dalla compattazione del suolo. Negli anni ’30

negli USA c’è stato un fenomeno chiamato dust bowl causato dall’utilizzo dell’aratro meccanica che ha

impoverito notevolmente il terreno. Tramite la misura della clorofilla inoltre si può determinare lo stato di

alcune zone campionate, oppure si utilizza il LAI (indice area fogliare) che rappresenta la superficie di massa

fogliare sulla superficie totale

AGRICOLTURA E CIBO

L’agricoltura è un’attività relativamente recente, iniziata 10-15 mila anni fa. Iniziò con la coltivazione di legumi e

cereali nella mezza luna fertile della Mesopotamia. L’approvvigionamento alimenta oggi ha addirittura superato

l’incremento demografico: nel ’50 c’erano 2,5* 10^9 e la dieta media prevedeva meno di 2000 kcal. Con 600 kg

cereali annui prodotti. Nel 2001 invece 6*10^9 persone con una dieta inferiore a 2500 kcal e una produzione di 1900

kg di cereali annui. Il problema sta chiaramente nello squilibrio. Nel nord America e in Europa si ha un apporto

calorico medio di 3500 kcal a persona, mentre ad esempio in Africa l’approvvigionamento non ha tenuto il passo con

la densità di popolazione. Nonostante questi incrementi è stato registrato un incremento del prodotto medio pro-

capite ma si ha il problema della distribuzione. Si ha infatti un eccessi di grassi carni e Sali con un deficit sulle verdure

e la frutta. Un ulteriore problema è la carenza alimentare che colpisce 1\5 delle persone nei paesi in via di sviluppo.

Inoltre si stima che circa 200 milioni di bambini possono avere problemi legati a condizioni di stento . si può avere

una carenza alimentare qualitativa (malnutrizone) o una carenza quantitativa ( denutrizione) e questi due problemi

nei paesi poveri spesso coesistono. Una crenza importante è quella proteica soprattutto durante le fasi dello sviluppo

che può portare a :

Bambini rifiutati (kwashiorkor): dopo lo svezzamento l’alimentazione che dovrebbe coprire i nutrienti della latte

materno non è sufficiente, si hanno edemi e magrezza estrema

Marasma: causata da mancanza di proteine e calorie, la pelle si disidrata e raggrinsisce

La carenza di vitamine invece:

Pellagra: comune fino agli anni ’40 quando l’alimento dei contadini era unicamente la polenta povera di vitamina B

carenza di iodio e carenza di ferro (la più comune al mondo). La carenza di Fe porta all’anemia, aumenta il rischio di

morte per emorragia e influenza lo sviluppo.

Nei paesi in cui non si hanno grandi possibilità di scambi commerciali, un forte calo della produzione dovuto alla

siccità può portare alla carestia che a sua volta può causare migrazioni di massa. Gli enti internazionali che si

occupano di questi problemi in realtà servono solo a tamponare la situazione . l’approvvigionamento di campi

profughi con generi aimentati può infatti provocare affollamento e quindi maggior rischio di trasmissione di malattie

Le maggiori colture alimentari al mondo sono:

Granoturco, mais, cereali e pseudocereali, cioè piante graminacee che generano seme, 2000 tonn\anno

 Patate orzo, segale fondamentali in climi freddi e umidi 600 tonn\anno

 Manioca e patate dolci, e altre radici e tuberi 300 tonn\anno



Il prezzo di mercato dipende dalle politiche economiche. La distribuzione di carne e latte è ancora più iniqua rispetto

alle colture. I paesi sviluppati che sono solo il 10%, consumano l’80% della produzione totale. Inoltre per alimentare

il bestiame si usa il 90% del grano prodotto in nord America, circa 16 kg per alimentare un bovino che porta

nutrimento di 1 kg di carne. Si ha quindi un enorme spreco di energia nel mezzo. Le proteine animali si ottengono

anche dalla pesca, divenuta molto importante e sviluppata ad opera delle azioni di pesca di massa e con l’aumento

delle navi. Questo ha portato ad uno sfruttamento del pescato in quantità maggiori a quelle che il mare poteva

sostenere,. Si è arrivati infatti all’allevamento di pesce per non danneggiare la popolazione selvatica. Si hanno

quindi due nuove tecniche: l’acquacoltura e la maricoltura ( più recente, si mettono gabbie in acqua. Le gabbie non

devono però essere troppo vicine alla costa.)

USO DEL TERRITORIO

L’11% della superficie terrestre è usata per l’agricoltura, se ne potrebbe usare 4 volte di più ma le pianure sono

ampiamente usate per le costruzioni e le vie di trasporto. Nei paesi sviluppati il 95% della crescita del settore

agricolo è dovuto all’agriocoltura intensiva. Grazie all’utilizzo di pesticidi e fertilizzanti in USA ci sono molti meno

terre da coltivare , si sta infatti globalmente arrivando al limite delle terre coltivabili. Circa 3 milioni di ettari di terre

vadano in rovina a causa dell’erosione, 4 milioni di ettari per desertificazione e 8 milioni per utilizzarli in modo non

agricolo. L’erosione dovuta alla tessitura è una causa del peggioramento del suolo, un’altra causa è il dilavamento o

la diminuzione della biodiversità. Inoltre si devono prendere in considerazione i fenomeni delle piogge acide, che

abbassano il pH del terreno modificando l’azione dei batteri, e i fattori climatici (vento e acqua). L’erosione è

comunque un processo strutturale che dovrebbe essere compensato dalla formazione del suolo, il problema è che

l’agricoltura accellera il processo di erosione. Tra i processi di erosione legati all’acqua si ha: per rivoli, piccoli rivoli di

acqua corrente si riuniscono a formare canali nel suolo (ruscellamento); a solchi, i ruscelli si ingrandiscono a formare

canali di dimensioni troppo grandi per essere eliminati con la lavorazione del terreno ; erosione delle rive,

asportazione del suolo dalle rive di fiumi e torrenti.

Il massimo dell’erosione tollerabile sarebbe circa la metà di quello che si ha in Cina a causa dell’agricoltura intensiva.

Il vento può essere al pari dell’acqua e ciò soprattutto in terreni pianeggianti e in climi asciutti. Forte erosione è data

anche dalle pratiche agricole , soprattutto dalle tecniche per muovere òla terra: aratura profonda, tempo di

esposizione del suolo privo di vegetazione, rimozione del frangivento (es le siepi), assenza della rotazione delle

colture o periodi di riposo. Le tecniche che aiuterebbero a contrastare questo problema sono infatti: coprire il più

possibile il terreno anche con altri tipi di vegetazione, lasciare dei residui dopo il raccolto, ridurre la lavorazione del

terreno (minima aratura, aratura conservativa cioè con aratro a disco, perforazione, iniettare il seme invece di arare).

L’aratura serve a rimescolare il terreno così da diffondere meglio aria e acqua, serve inoltre a far decomporre meglio

i residui provenienti dalle precedenti colture. L’aratura permette inoltre di eliminare certi parassiti grazie

all’areazione; utilizzando metodi conservativi quindi si espone la coltura a maggiori rischi di contrarre pesticidi.

AGRICOLTURA SOSTENIBILE

alcune strategie per la tutela del suolo: aratura a girapoggio ( aratura in modo circolare intorno ad un pendio così da

rallentare il deflusso dell’acqua), coltivazione a strisce (strisce alternate di coltivazioni diverse) , terrazzamenti

( permettono il trattenimento di acqua). In tal modo si può rallentare il dilavamento. L’utilizzo di acqua è un ulteriore

problema poiché molta acqua utilizzata va sprecata e alle piante va a finire solo una piccola parte di quella utilizzata.

Le tecniche più efficaci permettono di avere acqua in maniera continua e in quantità piccole così che ne venga

dissipata meno. Un esempio è l’irrigazione a goccia. La fertilizzazione è un’altra operazione importante, permette di

fornire azoto, fosforo, potassio e calcio, essenziali alla crescita della pianta. L’assunzione di fertilizzanti tende però ad

essere eccessiva e ciò incide anche sulla regolazione dei cicli biogeochimici. Metodi alternativi all’uso dei fertilizzanti

sono l’uso del letame o l’azotofissazione dei batteri, oppure ancora l COLTIVAZIONE CONSOCIATA (COLTIVARE

INSIEME PIANTE CHE NON SFRUTTINO TROPPO IL SUOLO, ES VITE E ACERO). L’agricoltura intensiva comporta sprechi

notevoli e provoca una diminuzione del contenuto energetico di molti alimenti. Oggi si usa frumento raso, alto la

metà in modo che venga danneggiato in maniera minore dal vento, ma si sono ricercate anche moltissime altre

varianti di mais che risultano più redditizie. La diffusione di nuove varietà e il forte incremento della produzione ha

portato alla Green Revolution. Negli ultimi anni si è sviluppata molto anche l’agricoltura biologica che cerca di

eliminare l’uso di prodotti chimici ed usare una fertilizzazione a compost ( rifiuti organici accumulati). Il compost è

ricco di sostanze e può essere usato come terriccio o come additivo. Può essere solubilizzato favorendo così la

degradazione dei composti organici. La flora microbica inoltre svolge reazioni esoergoniche che scaldano il terriccio.

Altre tecniche biologiche sono la disinfestazione termica e non chimica, lotta biologica a parassiti tramite batteri o

insetti.

Tramite l’ingegneria genetica si sono fatte varie nuove colture:

IL FAGIOLO ALATO: ricco di vitamine e proteine

TRITICALE: ibrido tra segale e grano duro, vive in ambienti freddi

SALICORNIA: pianta che vive in ambienti salinizzati, è in fatti in grado di trattenere acqua salata.

Un’altra realtà è quella degli organismi geneticamente modificati OGM. Si introducono in alcune specie, dei geni

appartenenti ad altre , si possono ad esempio inserire batteri che producono tossine disinfettanti. L’introduzione di

OGM però provoca dei problemi: assenza di controllo nella diffusione e abbattimento dela variabilità dato che le

multinazionali fanno i brevetti e impiegano colture con determinati geni impedendo l’utilizzo di varianti, oltre a non

essere proprio sane.

ECOLOGIA TROFODINAMICA

La trofodinamica indica il passaggio di energia e materia tra gli organismi e le interazioni organismi-ambiente.

PRODUZIONE PRIMARIA

Un ecosistema è composto da una comunità biologica (biocenosi) e da un ambiente (biotopo) , l’interazione tra i due

da luogo ad un flusso di energia e ad un ciclo di materia. La produzione biologica riguarda i processi con cui gli

organismi hanno in comune l’utilizzo di energia accumulata sotto forma di ATP per la sintesi di molecole. Questo ATP

può essere di origine catabolica , per gli eterotrofi oppure tramite fissazione di CO2 e altri composti per gli autotrofi.

Il processo di fissazione degli autotrofi può essere distinto in: fotosintesi e chemiosintesi. Si può riconoscere la

fotosintesi algale o ossigenica, che preleva elettroni dall’acqua e libera O2, oppure la fotosintesi batterica o

anossigenica, che parte da altri composti come N2S o N2 e usa come accettore la CO2. Anche i chemiosintetici

ricavano ATP dalle reazioni redox ma non utilizzano energia luminosa. Esempi sono: batteri sulfurei ( prelevano

elettroni da N2S e liberano solfati), batteri che ossidano il metano a CO2, batteri che ottengono acqua dall’H, batteri

del ferro che ossidano il ferro a ione ferrico.

La fotosintesi anossigenica, svolta da batteri versi e rossi in acqua, dove si deve avere una condizione di anaerobismo

e la presenza di luce. Luoghi adatti sono infatti le risaie, o i fanghi, ed essendo ambienti lacustri si osserva che: nello

strato superiore si ha una forte produzione primaria grazie alla presenza di luce e forte riscaldamento dell’acqua , qui

si trovano cianobatteri e alghe. Scendendo la materia organica arriva ai consumatori riducendo la concentrazione di

ossigeno e nutrienti. Scendendo ancora si trova quindi assenza di ossigeno, e si trovano batteri adatti a svolgere la

fotosintesi anossigenica, ma per far ciò questa zona non deve essere lontana dalla superficie, così da poter assorbire

la luce necessaria. Questi batteri assorbono generalmente nel blu e nell’IR. Misurando il pot redox dalla superficie

fino al fondale si passa da 450 mV fino a numeri negativi, si nota inoltre una fascia di confine tra batteri aerobi e

anaerobi dove il potenziale diminuisce in maniera più lenta e si parla di discontinuità redox, è qui che si posizionano i

batteri fotosintetici. Scendendo verso il fondo dove si ha un pot di -200 mV si trovano i batteri solfurei rossi e verdi

che svolgono chemiosintesi sfriuttando N2S o metano provenienti dalla decomposizione anaerobia del fondale dove

si hanno batteri non fotosintetici

Dal punto di vista nutritivo si parla di tre categorie:

AUTOTROFI: necessitano di elementi inorganici e substrato

AUXOTROFI: devono trovare certe sostanze già fatte

ETEROTROFI: si nutrono di composti chimici già fissati

MIXOTROFIA: possibilità di passare da un metabolismo all’altro a seconda delle condizioni, generalmente sono

batteri, dinoflagellate e diatomee

Biomassa= massa del materiale organico vivente. Si definisce quindi come peso\superficie e si determina in g di C

dato che questo è proporzionale alla quantità di biomassa. La produzione invece, è la quantità di materiale vivente

prodotta nell’unità di tempo, aggiunge quindi alla definizione di biomassa il fattore tempo: peso\m^2*ore. Mentre la

produttività è la capacità di produrre, cioè il rapporto tra la produzione e la biomassa che sta perdendo (=produzione

per unità di biomassa), quindi si calcola come produzione \biomassa.

Per la crescita di popolazione si utilizza un modello di crescita esponenziale:

Dove rT si ricava dalla ricerca di dN\dt, cioè l’incremento infinitesimo nel numero di organismi nell’unità d tempo. R=

potenziale biotico ed esso è sempre una frequenza in quanto possiede lo stesso significato della produttività.

Produzione primaria= materia o energia fissata durante la fotosintesi (produzione primaria lorda), dopo la

respirazione dei produttori, quella che rimane è la produzione primaria netta. Considerando poi la parte usata da

consumatori e decompositori si ha la produzione netta della comunità.

Ppl-Pn=respirazione autotrofi

Pn- Pnc= respirazione eterotrofi (anche detta produzione secondaria)

come misurare la produzione primaria=

AMBIENTI TERRESTRI: si può misurare la biomassa o la crescita degli individui. Si può fare una raccolta totale oppure

un campionamento (casuale o stratificato).

Oppure si usano metodi che misurano gli scambi gassosi, ad esempio si può misurare quanto velocemente viene

consumato un reagente, oppure quanto velocemente un prodotto viene fissato.

Oppure si possono utilizzare tecniche di tipo allometrico, cioè relazionare una grandezza lineare con una volumetrica,

ad esempio posso relazionare il latte prodotto con l’altezza della mucca, o il diametro di un albero con la sua massa

legnosa. Si può inoltre distinguere una produzione ipogea (radici ) e una aerea (fusto e foglie) .

Indice di area fogliare (LAI) indica il numero di strati fogliari penetrati dal sole prima di arrivare a terra.

Modelli climatici su scala regionale e modelli eco-fisiologici su scala locale

Telerilevamento passivo o attivo (meno diffuso) abbinato a modelli biottici fisiologici

AMBIENTI ACQUATICI: si hanno due differenze importanti la concentrazione di biomassa è 3 o 4 ordini di grandezza

inferiore ed inoltre è importante la direzione verticale, cioè si valuta come varia la produzione nella colonna d’acqua.

Se si parla di organismi planctonici si deve raccogliere studiare grandi volumi di acqua e sul materiale prelevato fare

misure di peso secco. In biomasse molto acquose si dovrà svolgere una procedura di essiccamento molto delicata

mentre, in quelle più povere sarà più drastica. Il tempo necessario alla completa rimozione di acqua è stabilito

quando il peso smette di diminuire. Adesso si può trovare il contenuto di C, N e H tramite la combustione, oppure

ottengo il contenuto calorico.

Se si lavora con biomassa autotrofa si può stimare la quantità di clorofilla tramite lo spettrofotometro o con la

fluorometria (la clorofilla assorbe nel blu ed emette nel verde), oppure tramite telerilevamento. Altrimenti si va a

misurare la concentrazione di nitrati, cioè dei reagenti della fotosintesi, o della clorofilla direttamente dalla biomassa.

Si può misurare la quantità di ossigeno in acque interne, non in mare perché i valori sarebbero troppo variabili, qui si

usa infatti il C radioattivo(=C14). L’uso del C14 si può avere in situ ponendo il campione alla stessa profondità dove

trovato, oppure in incubatore dove si riproducono le condizioni che aveva in acqua.

Un’altra tecnica è quella dell’incubazione, consiste nel misurare 2 volte un campione chiuso, a inizio e fine di un certo

periodo di illuminazione. Si misura la conc di O iniziale(=A), poi in parallelo si pone in una bottiglia chiara ed una

scura. Dopo il tempo stabilito di illuminazione si va a misurare la conc nella bottiglia chiara (=B) e nella bottiglia scura

(=C) . A-B=respirazione (nella bottiglia scura gli organismi non hanno svolto fotosintesi ma solo respirazione) , C-B=

produzione lorda, C-A=produzione netta. Questa tecnica si usa nei laghi.

TELERILEVAMENTO: si basa sulla possibilità di misurare tramite un sensore lontano l’interazione della luce solare,

misurandone la retrodiffusione, cioè la luce diffusa indietro. E’ un metodo detto passivo perché si utilizza la luce

solare, si va cioè a misurare la riflettanza (rapporto tra luce incidente e riflessa). Un suolo bagnato retrodiffonde

meno dato che l’acqua assorbe più il visibile e l’IR. La retrodiffusione della vegetazione ha un aumento a 550nm ed

un picco a 720 nm. Questo perché grazie ai pigmenti la vegetazione assorbe il blu e il rosso mentre riflette il verde e

l’IR grazie anche alla cuticola cerosa delle foglie. Partendo dalla riflettanza si può poi arrivare alla concentrazione, si

possono ricavare due valori, la riflettanza nel blu e nel verde e se ne fa il rapporto: se è alto è presente poca clorofilla,

se diminuisce, aumenta la clorofilla. Con un modello semplificato si può calcolare la produzione primaria tenendo

conto della PAR (radiazione utile per la fotosintesi) e dell’efficienza fotosintetica per unità di superficie (Ψ).

FLUSSO DI ENERGIA E STRUTTURA TROFICA

L’energia è quasi totalmente proveniente dal sole ed è coinvolta in die processi fondamentali: il mantenimento della

temperatura corporea, e la fotosintesi. L’energia rispetta i principi della termodinamica e quindi non si può né creare

né distruggere e diminuisce ad ogni trasformazione perché una parte è persa in una forma non più utile a compiere

lavoro:entropia. Le grandi categorie trofiche sono tre: produttori, consumatori e decompositori all’interno delle quali

si hanno varie sottocategorie (produttori primari , consumatori primari, secondari e terziari, detritivori e

decompositori) . I livelli trofici interagiscono tra loro a formare la catena alimentare=catena trofica. Per i vari

organismi si possono poi riconoscere diversi ruoli trofici o ruoli alimentari:erbivori, carnivori, necrofagi, onnivori,

detritivori, decompositori. Due grandi catene trofiche sono la catena del pascolo, in cui il flusso è da produttori a

erbivori, a carnivori e decompositori; e la catena del detrito in cui sono compresi invece solo produttori e

decompositori. Difficilmente però si parla di catene trofiche, solitamente si parla di reti trofiche in quanto

solitamente e varie catene si intrecciano a formare reti. Una rete trofica molto estesa si può vedere nell’oceano

atlantico, essa può essere molto complessa o lineare. Se è molto semplice: fitoplancton- krill- balenottere, questi

sistemi sono quelli più efficienti poiché essendoci pochi passaggi si ha meno dispendio energetico.

Un ecosistema caratterizzato dal sistema del detrito è quello delle mangrovie, piante che vivono con le radici nel

terreno allagato. L’apporto di biomassa è dato dalla caduta delle foglie.

Il passaggio di energia e materia in un ecosistema può essere descritto dalle piramidi alimentari o ecologiche. Si è

ipotizzata la regola del 10%: della biomassa totale, solo il 10% passa al livello trofico successivo. Nell’oceano si ha una

struttura leggermente diversa rispetto alle praterie poiché il produttore primario è dato da alghe unicellulari,

fitoplancton e questo si riproduce con velocità molto superiore ai consumatori primari come lo zooplancton.

Un’altra conseguenza dei rapporti trofici è il fatto che gli organismi possono assumere anche sostanze xenobiotiche,

quali pesticidi ecc, avendo così un fenomeno di biomagnificazione lungo l catena trofica. Aggiungendo ad esempio

DDT in un lago, nel grande predatore si avrà una concentrazione di DDT molto maggiore di quella iniziale dato che

non è in grado di eliminare la sostanza, in tal modo si ha quindi un bioaccumulo. Per ogni livello e ad ogni passaggio si

può valutare il rendimento ecologico, che caratterizza la variazione del flusso di energia lungo la catena: rendimento

di consumo (ingestione alimento\produzione prede ), rendimento di assimilazione ( assimilazione\ingestione),

rendimento di produzione netta ( produzione\assimilazione). Il rendimento ecologico è dato dal prodotto dei tre

produzione dei consumatori\produzione delle prede. Confrontando la produttività si può ricavare il tempo di

percorrenza, o tempo di rinnovo o percorrenza che varia da pochi giorni ad anni (la percorrenza del carbonio in

produttori primari negli oceani è di 20-30 giorni). Valutare i rendimenti ci permette anche di comprendere la

complessità della catena. Il rendimento può dipendere dalla composizione biochimica dell’organismo ma soprattutto

incide il processo di mantenimento della temperatura. Il lago ad esempio ha un rendimento ecologico del 2%

essendo omeotermo. Si hanno 4 ambienti diversi e variazioni dei flussi materia-energia: foresta, prateria, comunità

planctonica e comunità in un corso d’acqua.

TEORIA DEL CONTROLO VERTICALE

anche detta della “cascata trofica” dicce che, una comunità può essere controllata dal basso (bottom up) o dall’alto

(top down). Nel primo caso le condizioni ambientali influenzano i produttori primari, i quali in base a quanto

producono influenzano i livelli superiori. Nel secondo caso invece sono i top predator ad influenzare gli strati minori,

ad esempio:

FORESTE DI LAMINARIE: nella coste del pacifico. Qui le lontre marine si nutrono di ricci, ma sono state cacciate fino

all’estinzione. Dove non sono presenti le lontre, i ricci sono aumentati fino a distruggere le foreste di laminarie (TOP

DOWN).

PRODUTTORI PRIMARI:sono presenti sia nel regno dei Monera (batteri fotosintetici) sia dei protisti e nel regno delle

piante. Sulla terra: briophyta, gymnophyta, conipherophyta, gnetophyta, antophyta; in acqua: cyanophyta,

crysophyta, clorophyta,antophyta, batteri

Le diatomee usano nitrati come fonte di azoto e vivono in climi temperato-freddi. Posseggono una parete silicea con

simmetria centrica, contengono clorofilla C e A e carotenoidi che danno il colore rosso (possono essere talmente

colorate da dare origine alle maree rosse).

Le dinoflagellate posseggono invece una parete di cellulosa e 2 flagelli. La teca è divisa in placche

Le phaeophyta nelle coste del Pacifico formano vere e proprie foreste sommerse e posseggono anche rizoidi per

ancorarsi al terreno.

E’ possibile dividere gli ecosistemi in base alla produzione primaria andando a calcolare la produzione primaria

percentuale considerando una determinata superficie. Da questo si vede che la produttività percentuale di un

oceano è molto bassa, ma considerando la superficie molto estesa, si capisce che comunque è l’ambiente più

produttivo del pianeta dopo esso ci sono le foreste pluviali. I produttori producono tra i 2 e i 3 kg di C per m^2 ogni

anno che corrispondono a circa metà del peso secco totale.

Osservando le differenze tra produzione primaria in aria e acqua c’è qualcosa che non torna: come mai la produzione

primaria sulla terra dove si ha una conc di biomassa altissima, è uguale a quella negli oceani dove la conc di biomassa

è pari allo 0.21%? la differenza sta nel tempo di turnover (=tempo di rinnovo: 17 anni). La crescita sulla terra è

inferiore in quanto le piante non hanno solo tessuti fotosintetici , devono sviluppare anche le radici e il tronco. In

acqua invece si ha una maggioranza di singole cellule fotosintetiche. Quindi della biomassa terrestre, la parte più

grossa non è quella fotosintetizzante a differenza dell’ambiente marino. I processi di produzione si distribuiscono

così:sulla terra la maggior parte delle piante sta nelle foreste tropicali e quindi verso l’equatore, in acqua invece si ha

perlopiù lungo le coste e in zone di risalita.

ECOSISTEMA

L’ecosistema è considerato un sistema aperto, in quanto in realtà sistemi aperti non esistono. Dato che è presente un

ambiente circostante da cui può provenire materia e verso il quale può andare. Definire i confini di un ecosistema è

difficile, descriviamo i vari termini:

BIOCENOSI: insieme di organismi che convivono in un ecosistema o un biotopo (=ambiente fisico dove una biocenosi

vive)

HABITAT: area con le sue condizioni ambientali dove una specie sopravvive e si riproduce.(Odum definì l’habitat come

indirizzo della specie)

NICCHIA ECOLOGICA: ruolo di una specie in un ecosistema o professione della specie. Fu poi ridefinita come l’insieme

delle condizioni ecologiche che consentono la sopravvivenza di una specie (“ipervolume di n dimensioni)

BIOMA: insieme di biocenosi che si sono adattate a condizioni simili, è più un’astrazione quindi ed alcuni esempi

sono: tundra, prateria , savana ecc.

Per gli organismi si possono considerare fattori biotici, legati ad altri organismi,e abiotici, cioè chimico-fisici.

CONDIZIONI AMBIENTALI: cartteristiche presenti indipendentemente dall’individuo (temperatura, vento , umidità

ecc.) oppure delle risorse, cioè fattori trofici o comunabili con altri organismi (suolo minerale, concentrazione di

ossigeno ) condizioni che l’organismo può modificare.

Ma le condizioni più importanti saranno certamente la temperatura e piovosità negli ambienti terrestri, mentre

temperatura e salinità nei mari. Un altro parametro importante in acqua è poi la luce, cioè la % di luce che riesce a

penetrare nell’acqua. L’attenuazione è così massima in un lago dove si ha il coeff di attenuazione massimo, mentre è

minima nell’oceano atlantico dove l’acqua è più limpida.

RELAZIONE ORGANISMO AMBIENTE

Il concetto di fattore limitante viene espresso da Liebig che propose la legge del minimo: la crescita delle piante

dipende dalla risorsa presente in minor quantità (es: la resistenza di una catena dipende dall’anello più debole).

Quindi nella produzione di biomassa ci deve essere un bilancio stechiometrico e gli elementi devono entrare in una

precisa proporzione; l’elemento presente in minor quantità al momento necessario sarà quello che limita la crescita.

Oltre al minimo però si può avere anche una quantità eccessiva, si hanno così due valori che determinano le

condizioni attuali. Shelford propose quindi la legge dei limiti di tolleranza: per gli organismi esistono quantità minime,

ottimali e massime e al di fuori di questo intervallo si ha una condizione di stress. Si definiscono quindi organismi:

EURIECI:rispondono ad ampie variazioni

STENOECI: hanno bassa tolleranza rispetto ad un parametro

La nicchia può essere definita a diversi livelli:

DI CLASSE Z: indica la funzione di una specie, il suo ruolo, cioè il suo rapporto con altre specie

DI CLASSE II: insieme di capacità ed esigenze di una certa popolazione, si parla di specie che hanno lo stesso ruolo ma

in ambienti differenti

DI CLASSE III: insieme di condizioni ambientali necessarie alla sopravvivenza e riproduzione

Si può ritrovare una nicchia realizzata, cioè quella effettivamente occupata dove si hanno condizioni ottimali, lo

spazio circostante invece è dato da condizioni sopportabili. La nicchia effettiva invece è l’area possibilmente abitabile.

L’interazione tra organismi è una molla per la differenziazione e per la presenza di diversità. Tendenzialmente ad una

nicchia corrisponde una specie e così si ha una differenziazione di nicchiee un limite allo sviluppo di popolazioni

sovraffollate. Ad esempio su un albero vivono diversi uccelli , ma occuperanno altezze diverse e inoltre alcuni

saranno diurni mentre altri notturni.

Tornando indietro i fattori che influenzano la produzione primari si distinguono in: diretti (tutti i reagenti o

catalizzatori che prendono parte alla fotosintesi: macronutrienti, micronutrienti, CO2, acqua luce e T) e ad azione

indiretta (fattori che vanno ad influenzare il processo fotosintetico e sono diversi in acqua: turbolenza, profondità e

clima; rispetto alla terra: suolo, esposizione, altitudine, clima). In ambiete terrestre e marino i fattori diretti possono

essere classificati in base all’importanza: terra il più importante è l’acqua, in acqua è la luce. Questi due sono quindi i

fattori limitanti.

RELAZIONE FOTOSINTESI-LUCE: è una relazione descritta da un moto inizialmente lineare, poi andare verso la

saturazione, questo andamento è descritto da una serie di parametri: produzione massima (Pmax), intensità di

compensazione, cioè la luce che serve a produrre una quantità di ossigeno tale da compensare quello usato per la

respirazione, efficienza fotosintetica, costante di fotoadattamento Ik (valore di intensità luminosa corrispondente

all’interazione tra la porzione ascendente della curva e l’ordinata del massimo di fotosintesi. Si può anche ottenere

un valore di efficienza dato dal rapporto tra produzione massima e costante di fotoadattamento. α = Pmax\Ik

In base a tale costante di fotoadattamento è possibile distinguere piante eliofile (con alto valore di Ik) anche dette

piante da sole, e piante sciaofile (piante da ombra con basso valore di Ik). Il livello di produzione massima dipende

dall’entità ed efficienza del complesso enzimatico della fase oscure; la pendenza iniziale della curva invece dipende

dal sistema dei pigmenti w quindi dall’assorbimento di luce che la pianta può sostenere. Un fattore molto importante

che influenza il processo fotosintetico è la temperatura; questa influenza la fotosintesi in maniera esponenziale fino

ad un certo limite ma con esponente diverso in piante diverse. Si può infatti notare che raggiungendo la temperatura

ottimale si ha la produzione massima, sii ha quindi un aumento del metabolismo fino ad un certo livello. La

temperatura alta aumenta la velocità di reazione della fase oscura, ma se questa cresce troppo si può avere

denaturazione degli enzimi. Un altro fattore importante è la durata del giorno, alla temperatura ottimale infatti la

durata del giorno determina la variazione di produzione., mentre se la temperatura è inferiore non si hanno

differenze. Quindi si vede questo rapporto tra temperatura e durata del giorno.

Un altro parametro importante è la disponibilità di nutrienti i quali aumentano la velocità di reazione ma solo entro

una certa soglia detta concentrazione saturante,. Come stabilito dalla cinetica di Michaelis-Menten tale andamento è

descritto dalla costante di semi saturazione (Km), più bassa è la km e più alta è l’affinità verso un certo nutriente.

Rapporto nutrienti-luce: i nutrienti influenzano la crescita dell’apparato fotosintetico e quindi dell’assorbimento della

luce

Rapporto fotosintesi-T-nutrienti: la T oltre ad influenzare direttamente la fotosintesi, influenza anche la velocità di

assimilazione dei nutrienti da parte della pianta.

In acqua, Rapporto luce-nutrienti-T: la massima quantità di clorofilla, quindi di biomassa, si ha subito sotto la

superficie dove si ha un compromesso tra temperatura e luce, ciò perché l’acqua calda resta in superficie a meno di

variazioni atmosferiche eccessive e si forma così una stratificazione senza rimescolamento. In inverno invece tutta

l’acqua risulta fredda anche in superficie, quando arriva la primavera si ha un rimescolamento fino ad arrivare

all’estate quando il massimo si sposta in superficie.

FOTOADATTAMENTO: gli organismi si adattano alle condizioni ambientali da cui vengono selezionati, si può quindi

avere un diverso tipo di adattamento, uno può agire sulla filogenesi e quindi sul genotipo, ed uno che agisce invece

sul fenotipo e in questo caso si parla di adattamento ontogenetico e si può vedere il fenomeno di acclimatazione. Un

esempio di acclimatazione si vede nelle piante: avranno glie più alte e più basse e queste avranno rapporti diversi con

la luce. Interessante è anche il caso del fitoplancton in quanto la luce varia di più con la profondità in acqua e questo

determina risposte ancora più marcate. Ciò che varia è: i complessi di reagenti (concentrazione e rapporti tra questi),

affinità enzimatica , metabolismo e composizione biochimica, volume o densità cellulare. Per gli organismi bentonici

e planctonici si vede infatti che se non c’è stratificazione la risposta è omogenea e ciò significa che i diversi organismi

si sono adattati alle profondità in cui vivono in modo da assorbire più luce visto che andando in profondità si avrà

meno luce.

Un adattamento filogenetico può essere quello delle piante C3 e C4, si ha una separazione fisica tra mesofillo e

guaina del fascio dove si trova la fosfoenolpiruvato carbossilasi. Nelle piante CAM invece si ha una differenza tra

giorno e notte perché devono tenere gli stomi chiusi di giorno per non perdere troppa acqua e quindi assorbire la

CO2 di notte. Si hanno due diverse situazioni=piante C3sono adatte a T più basse, mentre le C4 a T più alte. Un altro

adattamento è quello relativo alla resistenza al congelamento grazie alla sintesi di alcuni metaboliti.

Un dato importante per gli organismi fotosintetici è l’efficienza:il rapporto tra Fotosintesi e PAR, determina quindi la

percentuale di PAR che poi diventa effettivamente energia di legame. In tutti gli organismi si vede che non supera mai

il 25%.

ECOSISTEMI ACQUATICI

OCEANI

Costituiscono la parte principale del pianeta e sono importanti per vari motivi:

a) Spessore abitabile è enorme. Circa 5 km più altri 5 nelle fosse abissali. Il valore abitabile è circa 80 volte

quello delle terre emerse.

b) È una risorsa alimentare per l’uomo

c) Mantengono il clima sulla terra grazie al movimento delle grandi masse d’acqua.

d) Gli oceani polari sono fondamentali per il clima grazie al passaggio di stato ghiaccio-acqua

e) L’acqua facilita la vita tamponando gli sbalzi termici e per la maggior resistenza alla gravità (spinta di

Archimede)

f) Offrono zone di inferfaccia dove l’attività biologica è molto intensa e sono perenni scambi

Gli ecosistemi marini sono caratterizzati dalla dimensione verticale , la profondità, e possono essere suddivisi in

strati caratterizzati da organismi diversi dato che con la profondità variano diverse condizioni. Così gli ambienti

possono essere definiti:

 Bentonici: in relazione con il fondale

 Pelagici: in relazione con la colonna d’acqua sovrastante, qui vivono organismi planctonici (passivi, si

fanno trasportare) e nectonici (mobili)

 Neritico: zona di bassa marea in relazione con la piattaforma continentale

 Oceanico: zona dove l’acqua è più profonda, oltre la zona neritica.

Oltre alla profondità altre caratteristiche che determinano questo ambiente sono:

DENSITA’: dipende dal contenuto di Sali e temperatura della massa d’acqua. Il massimo si ha a 4 °C

SOSTANZE DISCIOLTE: Sali e DOC

SOSTANZE IN SOSPENSIONE: inorganiche e organiche, organismi compresi (POM=materiale particellato)

VELOCITA’ DELLE CORRENTI: masse d’acqua in movimento

CARATTERISTICHE DEL FONDALE

CONNESSIONE CON ALTRI AMBIENTI MARINI

I nutrienti quali fosfati, nitrati e silicati mostrano una variazione verticale e i massimi di concentrazione si hanno

sotto i 1000 m poiché la massa organica precipita e si decompone e perché si abbia mineralizzazione serve tempo

e tale massa precipita. Inoltre le acque superficiali posseggono un maggior ricambio. Si possono distinguere

acque:

SUPERFICIALI (200-300M)- INTERMEDIE(fino a 1500m)-PROFONDE

Anche la circolazione può essere distinta in superficiale e profonda. La circolazione superficiale è mossa

soprattutto dai venti che provocano le onde e le correnti, inoltre un’altra causa del movimento è la densità in

quanto l’acqua va a posizionarsi dove c’è acqua alla stessa densità. All’equatore si hanno movimenti paralleli, la

maggior parte delle correnti si muoverà da sud-est a nord-ovest grazie agli alisei, queste correnti saranno poi

deviate dalla forza di coriolis. Questo porta alla formazione di 5 circuiti, rafforzati poi da una cintura che è quella

intorno all’antartide che va da ovest verso est.

La circolazione profonda è anch’essa mossa dalla densità. Questa si genera in zone particolari come a sud della

Groenlandia grazie ai venti freddi che vengono dal continente. Si mette così in moto il nastro trasportatore del

calore che si muove da polo a polo. Le acque fredde salgono in superficie e si riscaldano e poi scendono di nuovo.

Le acque variano la loro profondità non solo in base alla loro densità ma anche grazie al fenomeno di upwelling

(risalita) dovuto a :

Vento della costa verso il largo che spingendo via le acque superficiali richiama quelle profonde

Venti paralleli alla costa:c’è una deviazione dell’acqua dovuta alla forza di coriolis, e così si ha risalita a distanza

dalla costa. Tale meccanismo è detto “spirale di Ekmann”

Vortici: causati dalla presenza di coriolis, se il vortice gira verso destra, si ha divergenza, l’acqua si allontana ed è

rimpiazzata dalla risalita; se l’acqua gira verso sinistra c’è convergenza

Fronti: possono essere salini o termici. Le acque si scontrano, scendono e si accumulano

L’acqua del Mediterraneo profonda, più densa, esce verso l’Atlantico e si va a posizionare alla densità

corrispondente. Per questo motivo più lontani da Gibilterra si ha una risalita di temperatura a profondità

maggiori. L’acqua dell’Atlantico invece rimane più superficiale.

La luce in acqua rimane attenuata in maniera esponenziale:

E=

K=coeff di attenuazione

z=profondità

Il valore di k dipende dal contenuto dell’acqua, più è ricca di sostanze e più sarà alto il coefficiente di attenuazione. Si

utilizza come riferimento la profondità della zona eufotica, ovvero la zona a cui si ritrova l’1% della luce superficiale;

ciò per caratterizzare l’attenuazione dell’acqua. In acque costiere tale profondità è intorno ai 10-15 m. si possono poi

usare termini come oligofotico (poca luce) o afotico (assenza di luce). Queste condizioni sono molto importanti per la

produzione primaria regolata da luce e nutrienti e T. Si trova un compromesso fra diminuzione di luce con la

profondità e aumento di nutrienti, e si raggiunge il massimo di conc di clorofilla nella regione del termoclino, ovvero

l’interfaccia fra le acque fredde e le acque calde superficiali. Questa condizione subisce comunque effetti di

stagionalità legati alla presenza di fitoplancton. Ad esempio ai poli il fitoplancton può crescere solo quando presente

la luce e quindi in estate. Alle latitudini temperate invece la crescita si ha in primavera e autunno. Infine ai trocpici ci

sono meno oscillazioni e la situazione è più stabile.

altri ambienti marini che si possono trovare sono:

AMBIENTI TIDALI: influenzati dalla marea, come estuari, dove è presente molto sedimento; lidi ocordoni laterali che

separano lagune da acque marine. Questi ambienti sono molto ricchi a causa dello scambio tra acque diverse.

BARRIERE CORALLINE: in acque tropicali dove si ha accumulo di corallo che crescono grazie alla presenza di alghe.

Sono molto sensibili alla variazione di pH e luce

MANGROVIETI: ambiente costiero dove si trovano le mangrovie

FORESTE DI KELP: caratterizzata da Macrosystis, tipica di acque temperate e fredde come Oceano Pacifico.

ACQUE INTERNE

Acque dolci continentali che possono essere divise in:

LOTICHE: in movimento (fiumi, ruscelli e torrenti)

LENTICHE: ferme (laghi e stagni)

FREATICHE: di falda

Le superficiali che scorrono si dividono in base alla loro velocità: regime torrentizio, cioè acque rapide in zone più

pendenti per esempio dopo la sorgente; regime alluvionale, di pianura dove le acque rallentano. Tra le due situazione

si ha una continuità, le differenze sono:

IL REGIME TORRENTIZIO è erosivo , i detriti sono trasportati dalla forza dell’acqua. Non avendo tempo di accumularsi

i detriti, le acque saranno più limpide e più povere di nutrienti.

quando rallenta, si può avere sospensione di sedimenti, piante acquatiche e accumularsi di fitoplancton. Oltre alla

torbidità aumenta anche la profondità. Un’altra caratteristica di queste acque è che le rive sono erose da un lato e si

ha accumulo sul lato opposto , questo fenomeno inizia in un punto che poi si accresce.

Una caratteristica fondamentale è il contenuto in sedimenti minerali soprattutto argille, il quale può alterare

fortemente la penetrazione della luce. Tali sedimenti sono fondamentali anche per la formazione di accumuli nei

litorali sabbiosi e per la formazione di spiagge rocciose, L’argilla trasportata, si accumula a formare una piattaforma

continentale attorno ai continenti generando così ambiente neritico queste piattaforme sono più estese là dove

presenti i grandi fiumi.

I laghi sono accumuli di acque dolci in un bacino in superficie che possono avere diversa origine (erosione,

spaccatura). La distinzione tra lago e stagno è fatta in base ecologica: se le piante al centro del bacino possono

raggiungere la superficie si parla di stagno, se crescono solo ai bordi si parla di lago.

Anche nel lago è importante la profondità e si parla di epilimnio, sopra il termoclino e ipolimnio sotto. La

classificazione dei laghi si basa su rimescolamento e stratificazione.

In un lago temperato in estate si hanno acque calde superficiali e acque fredde profonde che non si mescolano dato

che le superficiali sono sempre più calde. In inverno le acque superficiali si raffreddano e scendono però può formarsi

uno strato di ghiaccio superficiale sopra alle acque a 4 *C più dense, e così si ha lo scambio di ossigeno con l’aria. La

fortuna del fitoplancton si ha quindi in primavera e autunno grazie al rimescolamento dei nutrienti. Fondamentale è

la conc di O2 in acqua dolce, che è più presente nelle acque fredde. Si può parlare di carico di ossigeno assorbiito. Se

l’acqua è ben ossigenata: 8-9 ppm mediamente ossigenata: 6-7 ppm, poco ox: sotto i 4

La concentrazione di ossigeno è direttamente correlabile alla quantità di materiale organico e quindi

all’inquinamento organico. Più sostanza organica c’è, più è bassa la concentrazione di O2 dato che questo è

consumato per la decomposizione.

Il BOD è la domanda biochimica di ossigeno ed indica la quantità di ossigeno consumata dai decompositori. Per

ottenerlo si preleva un campione di acqua e lo si mantiene a temperatura stabile e in oscurità per 5 giorni. Si misura

l’ossigeno e si osserva quanto è sceso. Questa è anche una misura indiretta della materia organica presente. Questo è

quindi un indicatore di qualità.

In un lago giovane, l’ipolimnio è molto spesso e c’è alto contenuto di ossigeno, nel lago vecchio invece per l’elevata

presenza di sedimento è meno presente.

Un aspetto importante per i Sali di fosforo poco solubili; sono usati nei fertilizzanti e poi rimangono nei sedimenti del

suolo e possono poi essere trasportati dalle acque di dilavamento. Arrivati nei laghi precipitano sul fondo, ma in caso

di ambiente anossico e quindi riducente, possono tornare in superficie. Tale fosforo è così rimescolato dai fanghi

assorbiti tipici di zone di superficie. Nei laghi giovani c’è meno biomassa e così sono detti oligotrofici, in quelli di

pianura invece si trova più sedimento e più organismi in superficie e sono eutrofici.

ZONE UMIDE

Possono possedere acque dolci, come paludi o acquitrini o essere acque di transizione, se in rapporto con ambienti

marini. Queste zone sono state modificate dall’uomo, bonificate e questo perché sono zone molto fertili. Una delle

loro funzioni ecologiche è quella di fare da tampone, possono infatti confinare con fiumi che periodicamente

esondano e quindi le acque rimangono per diverso tempo lì. Ciò è tipico delle riserve alluvionali (alluvione= acqua

che fuoriesce dal letto). Per gestire queste acque servono così delle casse di compensazione per farle sfogare.

Esistono poi le casse di espansione che devono sopportare periodi di allagamento stagionale. Queste zone sono

molto produttive e ospitano così grandi varietà di forme animali. Inoltre sono molto importanti in quanto accelerano i

cicli geo-chimici e operano la mineralizzazione.

BIOMI E BIOGEOGRAFIA

Un ecosistema è un’unità definita spazialmente in cui si ha ingresso di materia ed energia, è dotato di confini ,

condizioni fisico-ambientali e componente biotica. Il bioma ha un significato meno preciso, è un insieme di organismi

che stanno insieme in condizioni climatiche simili e presentano forte adattamento a tali condizioni. Il bioma è perciò

più legato ai diversi climi e si osserva una sequenza latitudinale: tundra, foresta di conifere, foresta temperata

decidua, macchia mediterranea, prateria temperata decidua, deserto, savane, praterie tropicali decidue e

sempreverdi. I massimi di produzione si collocano lungo l’equatore ma non su tutto, solo in certe zone come la

foresta amazzonica o foresta del congo. I biomi possono essere affiancati dalla vegetazione che dipende direttamente

dalle condizioni climatiche e a sua volta influenza gli altri organismi animali in particolare. Si parla quindi di zone

vegetazionali di cui si può misurare l’estensione ponendo su un asse verticale la latitudine e su uno verticale la

superficie.

Le più estese sono le foreste tropicali , poi i deserti , le steppe e la foresta pluviale. Ovviamente si ha una maggiore

distribuzione nell’emisfero nord dato che è più ricco di terre emerse.

FORESTA TROPICALE SEMPREVERDE: è la più ricca di biodiversità. La vegetazione è ben strutturata contenendo alberi

alti 50-60m , alberi più bassi, arbusti e piante erbacee. Possono essere molto dense . il suolo è poco stabile ad opera

dell’alta piovosità che dilavano il suolo e a causa della velocità di mineralizzazione. La piovosità è elevata, circa 3 m

l’anno ed è costante. Anche la T varia tra i 25 e i 35 *C. i processi biologici degli organismi sono sempre attivi.

FORESTA TROPICALE DECIDUA: tipica dell’India segue molto la stagionalità e la pioggia è concentrata nel periodo di

primavera. Si hanno di media 1600 mm di piogge annue e 25 *C anche se è soggetta a variazioni. Anche le attività

biologiche sono stagionali.

FORESTA SPINOSA E SAVANA: hanno piovosità molto bassa, circa 740 mm annui e 30 *C di media con piccole

oscillazioni. Nel caso della savana si parla anche di foresta aperta con copertura inferiore al 25 %

BOSCAGLIA TEMPERATA O MACCHIA: piogge scarse 420 mm e temperature medie 13 *C fortemente oscillanti. Può

essere arbustiva o alberata, come nel caso del leccio nella macchia mediterranea. L’estate è molto arida con rischio di

siccità in quanto si hanno le temperature maggiori e le piovosità minime

DESERTO FREDDO: si trova a certe altitudini e latitudini. La temperatura media è di 10 *C e va da 0 a 25 *C. il deserto

è dovuto alla bassa piovosità di circa 350 mm annui. Vi sono erbe o arbusti e l’attività biologica è molto stagionale

(prima e dopo la stagione secca). Qui sono tipiche le piante CAM

DESERTO CALDO: la piovosità è ancora più bassa 150 mm e si ha una sola stagione determinata da T medie di 35 *C.

l’attività biologica è divisa in 1 o 2 periodi. In seguito ad una stagione favorevole tutte le specie vegetali la sfruttano

per fiorire, si ha quindi una fioritura simultanea.

PRATERIA TEMPERATA: la scarsa piovosità 300 mm con T di 13 *C e forte escursione termica, da 0 a 24 *C. si ha un

suolo ricco di nutrienti ai vari stadi di decomposizione, per questo motivo sono molto sfruttati per la coltivazione. Un

esempio di questo suolo è il podzol scuro

FORESTA TEMPERATA DECIDUA: i suoli sono sempre molto stabili, si ha una forte stagionalità con una T media di 10

*C ma con un escursione di 30*C (si arriva quindi anche sotto 0). La piovosità è bassa ma più alta però della prateria

800 mm. Si ha quindi la crescita di alberi anche di decine di metri.

FORESTA DI CONIFERE: gli alberi arrivano a dimensioni maggiori (=sequoie americane) . Si ha una maggiore

interazione tra organismi come parassitismo, mutualismo ed epifitismo (piante sopra altre). Piovosità di 300 mm e

fortissima escursione termica fino a 40*C di differenza (T media -5*C).

TUNDRA: gli alberi non crescono e ciò perché per un periodo abbastanza lungo non è disponibile acqua allo stato

liquido. La temperatura media è infatti -10 *C. le attività biologiche si concentrano quando si ha lo scioglimento del

permafrost superficiale (per 2 o 3 mesi). Si hanno piovosità medie 230 mm. Crescono in queste condizioni solo erbe e

arbusti

Il limite delle vegetazione arborea dipende da altitudine e latitudine, ad esempio in Italia il limite è 2000m al sud e

altezze inferiori al nord. Scendendo di latitudine ritrovo vegetazione che più a sud starà ad altezze maggiori. In italia

la vegetazione si distribuisce così:

MEDITERRANEO: leccio sulle coste fino alla versilia, poi oleandro e carrubo che si trova in sardegna e sicilia.

MEDIOEUROPEA: tipiche dell’apppennino sono la roverella e il rovere, mentre più a nord, verso la pianura padana si

trovano frassino

BOREALE: in quota sull’appennino, si ritrova il faggio mentre sulle alpi il leccio . l’abete rosso, che ha gli strobili verso il

basso ( a differenza dell’abete verde che li ha verso l’alto)

BIOGEOGRAFIA

E’ lo studio della distribuzione spaziale delle entità tassonomiche, in particolare dell’areale delle specie. Per areale si

intende la zona dove è naturalmente distribuita una specie. Gli areali si modificano a causa dell’effetto antropico e

delle condizioni climatiche. Le specie si definiscono autoctone se stanno nel loro areale naturale, mentre alloctone se

provengono da zone diverse,queste porterebbero al fenomeno delle bioinvasioni. Una specie alloctona può infatti

avere una natura invasiva e tendere a diffondere rapidamente se per certe caratteristiche essa è più competitiva delle

autoctone.

Si analizzano inoltre le condizioni che determinano tale areale. Ad esempio il muschio vive nella costa ovest