Ecologia vegetale e geobotanica

Ecologia vegetale e geobotanica

L'ecologia vegetale si occupa delle relazioni tra organismi vegetali e l'ambiente che li ospita. La geobotanica studia la presenza e la distribuzione delle piante sulla superficie terrestre, la geografia delle piante. Nelle piante si ha uno stretto rapporto tra struttura e funzione.

Visione olistica e visione globale

Visione olistica = si contrappone alla visione di riduzionismo, basata sull'idea che le proprietà di un sistema non possono essere spiegate esclusivamente tramite le sue singole componenti in quanto, dal punto di vista "olistico", la sommatoria funzionale delle parti è sempre maggiore/differente dalla somma delle prestazioni delle parti prese singolarmente.

Visione globale = studio di carattere d'insieme, studi di carattere integrato che coinvolge specialisti di differenti discipline che collaborano ed interagiscono tra di loro.

La geologia permette di definire i differenti tipi di substrato ed in relazione ad essi si possono individuare le piante che vi si possono sviluppare, la botanica sistematica si occupa invece della diversità vegetale e della sua classificazione.

Biosfera

La biosfera è la porzione che permette la vita, interagisce con l'atmosfera, l'idrosfera e la crosta terrestre. Si possono distinguere ecosistemi acquatici, a loro volta suddivisi in ecosistemi delle acque salate ed ecosistemi delle acque dolci, oppure ecosistemi terrestri che comprendono ecosistemi naturali ed ecosistemi artificiali.

Ecosistema

Un ecosistema, l'unità fondamentale in ecologia, è costituito dall'insieme di tutti gli esseri viventi che si trovano in un determinato ambiente fisico-chimico, e dalle relazioni reciproche che intercorrono sia tra di essi che tra essi e l'ambiente circostante. L'ecosistema comprende il biotopo (ambiente fisico) e la biocenosi (mondo biologico).

Il biotopo è formato dalle componenti abiotiche (fattori chimico-fisici), legate all'ambiente fisico, comprende il clima, la geologia, la geomorfologia e il suolo. La biocenosi invece è costituita da componenti biotiche, correlate al mondo biologico, è l'insieme delle popolazioni che popolano il biotopo (produttori, consumatori, decompositori).

Di nessun ecosistema, nemmeno i più semplici, si conoscono tutte le specie che lo costituiscono (piante, animali, funghi, batteri, etc.). Il paesaggio può essere definito come un "mosaico di ecosistemi tra di loro interagenti che si ripetono in condizioni simili", la porzione vegetale rappresenta la porzione direttamente visibile dall'ecosistema quale ad esempio il bosco o prateria. Tale mosaico tuttavia per essere mantenuto in condizioni di equilibrio deve essere gestito correttamente, altrimenti si potrebbe avere ad esempio un'espansione del bosco.

Per l'Appennino centrale il limite potenziale attuale del bosco è di 1850 m, dopo di che si ritrovano le praterie primarie. Senza l'intervento dell'uomo il territorio sarebbe stato ricoperto di boschi sino al suo limite superiore, la diversità di comunità vegetali presenti attualmente nell'area di potenzialità della vegetazione forestale sono il risultato dell'attività antropica che ha tagliato il bosco per ricavare campi e pascoli per il bestiame.

Ecotono

Il passaggio da un ecosistema e l'altro non è netto, le condizioni ecologiche intermedie di luce, temperatura, umidità che si stabiliscono al margine della vegetazione forestale e preforestale creano le condizioni per lo sviluppo di una vegetazione autonoma a cui viene dato il nome di vegetazione ecotonale (presenza di specie con caratteristiche intermedie tra i due ecosistemi). Questa assume particolare importanza nel recupero della vegetazione forestale sui pascoli e campi una volta che vengono abbandonati.

Fattori ecologici e valenza ecologica

Il fattore ecologico è definito come qualsiasi elemento dell'ambiente capace di agire direttamente sugli esseri viventi almeno in una fase del loro ciclo di sviluppo. Tali fattori condizionano la distribuzione delle piante e delle comunità vegetali e che quindi determinano la biodiversità specifica e cenotica dei territori, possono essere abiotici (legati al biotopo, all'ambiente fisico) e biotici (legati al mondo vivente).

I principali fattori ecologici sono:

• Abiotici - Comprendono fattori ed elementi climatici (luce, temperatura, precipitazioni, venti, ecc.), fattori geologici e geomorfologici (substrato, morfologia del terreno) e fattori edafici (pH, porosità, tessitura, capacità idrica, contenuto di azoto, ecc).
• Biotici - Includono interazioni tra organismi (competizione, parassitismo, simbiosi) e fattori antropici.

Principalmente i fattori ecologici agiscono sugli esseri viventi nei seguenti modi:

• Condizionando la loro ripartizione geografica, non consentendo la presenza di talune specie nei territori con caratteristiche non adeguate alle esigenze delle stesse (esempio fattori climatici o edafici);
• Modificando il tasso di mortalità e di fecondità, agendo sui cicli di sviluppo e sulle caratteristiche delle popolazioni;
• Favorendo la comparsa di modificazioni adattive (metaboliche, fotoperiodiche, di comportamento, ecc.).

La valenza ecologica di una specie (di una popolazione, di una fitocenosi) è la capacità di sopportare variazioni più o meno ampie di un determinato fattore ecologico. Tolleranza di una specie in funzione dell'intensità di un fattore ecologico. Il fattore ecologico limitante indica un qualsiasi fattore ecologico che diviene limitante quando è assente o ridotto al di sotto di un certo valore critico o ancora risulta eccedente rispetto alle possibilità di tolleranza della specie.

Le specie stenoece sopportano piccole variazioni di un fattore ecologico, le specie euriece invece sopportano ampie variazioni di un fattore ecologico. Con riferimento ai diversi fattori ecologici si indicano: stenoterme ed euriterme, stenogriche ed eurigriche, ecc. Dalla valenza ecologica dipende la capacità di una specie (o di una popolazione o fitocenosi) di occupare ambienti più o meno grandi e più o meno variabili.

Esempi: le specie igrofile come salici e pioppi che costituiscono la vegetazione forestale ripariale, non sopportano grandi variazioni del fattore acqua (specie stenoigriche). Le specie xerofitiche e termofile come il leccio e quindi le comunità mediterranee ampiamente diffuse in ambito mediterraneo non sopportano grandi variazioni del fattore temperatura (specie stenoterme). In ambito appenninico sono presenti solo in condizioni favorevoli: roccia calcarea ed esposizioni calde. La maggior parte delle specie erbacee infestanti dei campi legate all'attività antropica, presentano un'ampia valenza ecologica per i diversi fattori ecologici (specie euricece), di conseguenza specie e comunità infestanti hanno un'ampia distribuzione territoriale.

Fattori geologici e geomorfologici

• Le rocce determinano il tipo di suolo che su di esse si sviluppa inoltre dato che lo stesso tipo di roccia interessa vasti territori la geologia si lega meglio del suolo alla distribuzione delle comunità vegetali su piccola scala.
• La morfologia del territorio è di fondamentale importanza per la comprensione della distribuzione delle piante e delle comunità vegetali in quanto condiziona lo spessore di suolo (sommità rilievo, versante, fondovalle), il tipo di suolo e il contenuto di acqua.

Fattori edafici (suolo)

La pedologia è strettamente legata alla geologia e alla morfologia del terreno, è un fattore ecologico abiotico considerando solamente le caratteristiche chimico-fisiche.

• Caratteristiche fisiche - Tessitura, struttura, porosità, humus, ecc. Capacità idrica del suolo (capacità di trattenere o meno l'acqua).
• Caratteristiche chimiche
  • pH (legato al tipo di roccia, in genere il suolo che si sviluppa su roccia calcarea ha pH basico, su roccia silicea pH acido).
  • Contenuto in sali.
  • Contenuto di sostanza organica.

Il limite dell'analisi pedologica ai fini della distribuzione a piccola scala delle comunità vegetali è la grande variabilità del suolo da punto a punto.

Il suolo e le piante

1) Esigenze idriche

• Specie idrofile (lenticchia d'acqua) – piante che vivono in acqua.
• Specie igrofile (pioppi, salici, cannuccia d'acqua, giunchi) – vivono con le radici immerse in acqua o vicino falde, la parte aerea non è immersa.
• Specie mesofile (faggio, carpino nero, querce) – non sopportano ristagni idrici.
• Specie xerofile (leccio, pino, ecc) piante adattate ad ambienti secchi, ambienti con poca acqua disponibile (specie mediterranee).

Le specie idrofile ed igrofile, formano comunità caratterizzate da una bassa biodiversità in relazione al numero di specie presenti. Il fattore limitante è il basso contenuto di ossigeno a livello delle radici, le piante sono dotate di parenchima aerifero, una serie di canali che partono dalla parte emersa per arrivare sino alle radici dove l'ossigeno viene impiegato per la respirazione, ricavando quindi energia utilizzata nel trasporto attivo per l'assorbimento di sali minerali (sono molto diluiti e devono essere immagazzinati, concentrazione inferiore rispetto alle radici).

La porosità della roccia determina le condizioni di permeabilità, su roccia affiorante sia arenacea (sabbie cementate, l'elemento chiave è la silice) che calcarea (difficilmente erodibile, presenza di carbonato di calcio) entrambe porose e permeabili, offrono un ambiente secco anche a causa dello spessore del suolo estremamente sottile, si sviluppano comunità xerofitiche.

Le peliti (argille) pur essendo porose sono pressoché impermeabili pertanto determinano una maggiore capacità di trattenere l'acqua rispetto alle sabbie. L'elevato contenuto di argille nel substrato, unitamente alla morfologia, determina condizioni di forte ristagno idrico, anche in superficie in relazione alla morfologia, di conseguenza si avranno specie e comunità igrofile e mesoigrofile (terreno asfittico e grande capacità di trattenere l'acqua, può essere difficile l'assorbimento, per tali motivi le piante sono adattate).

Sui versanti dei rilievi collinari pelitico-arenacei, l'elevato contenuto di argille (peliti) nel substrato, unitamente alla non corretta lavorazione del terreno spesso favorisce fenomeni di erosione rapida (ruscellamenti concentrati e diffusi con perdita di suolo, veri e propri fenomeni calanchivi, frane, ecc).

Sui versanti ripidi in erosione le specie e le comunità vegetali (costituite da poche specie) adattate a queste difficili condizioni si possono considerare pioniere. Nel tempo zero, in corrispondenza del corpo di frana si ha il terreno nudo, se il fenomeno franoso smette può essere colonizzato dalle piante che vi si adattano (peliti affioranti), piante pioniere con vegetazione diversa a quella dei versanti a parità di substrato a causa del cambiamento del profilo. Se la frana continua invece c'è un blocco della dinamica di colonizzazione a causa del fenomeno erosivo continuo.

La buona terra è data da un buon equilibrio tra sabbie e argille. Le BADLANDS sono terreni interessati a fenomeni di erosione rapida (perenni) che vengono colonizzati esclusivamente da specie pioniere con radice fittonante che sostituiscono le piante annuali.

2) pH

• Specie acidofile e subacidofile con pH 6 o meno (mirtillo, castagno, erica, cerro, ecc), la pianta può in parte contribuire all'acidificazione del terreno.
• Substrato arenaceo – suolo acido / faggeta acidofila come nei monti della Laga con presenza nel sottobosco di Vaccinium myrtillus.
• Specie neutrofile con un optimum attorno a pH 7.
• Specie basofile (calcicole) con pH 7 e più (spaccasassi, farinaccio, sesleria, ecc.)
• Substrato calcare massiccio – suolo basico / bosco basofilo di faggio con presenza di Sorbus aria.
• Substrati calcari diasprini umbro marchigiani – suolo da subacido ad acido / bosco subacidofilo di faggio con presenza di Luzula sylvatica ed Erica arborea.

Su litologie calcaree il pH del suolo può essere legato alla morfologia del terreno, in presenza di zone concave in alta quota nel fondo quando avvengono delle nevicate, la neve permane più a lungo e determina alla base del terreno la perdita di carbonati ed il suolo diventa acido (decarbonatazione ad alta quota).

3) Accumulo di sostanza organica

• Specie nitrofile (sambuco, ortica, specie infestanti, ecc.)

In genere la sostanza organica si accumula nei fondo valle, ai margini delle incisioni dei fossi, zone antropizzate in corrispondenza dei canali di irrigazione dei campi. Le specie nitrofile necessitano di azoto sotto forma di nitrati (facilmente assimilabili), gli azotofissatori presenti nei noduli radicali delle leguminose contribuiscono all'arricchimento di azoto nel suolo. Altre piante, in suoli fortemente acidi e poverissimi di nutrienti in particolare di azoto come le torbiere o paludi, si nutrono di insetti, piante carnivore, per sopperire alla mancanza di azoto.

4) Accumulo di sali (terreni salati)

• Specie alofile (salicornie, salsola, ecc), piante adattate alla vita in terreni ricchi di sali.

Strategia I – Accumulo di sali nei tessuti, con concentrazione salina maggiore del terreno per questo motivo sono in grado di assorbire l'acqua dal suolo.

Strategia II – Accumulo di sostanze organiche nelle radici per abbassare il potenziale idrico.

Strategia III – Specie con radici sprovviste di barriere fisiologiche che assorbono l'acqua salata ma riescono poi ad espellere il sale attraverso apposite cellule secretrici presenti nel fusto e nelle foglie, dove sono presenti piccoli cristalli di sale brillanti. A questo gruppo appartengono molte specie, tipiche non solo dei suoli salati costieri ma anche di quelli continentali desertici e/o steppa.

Le specie alofile sono quindi piante adattate sia ai suoli salati ("alofile" appunto) che, di conseguenza, anche a quelli aridi ("xerofite"). Esse presentano modi e gradi diversi di adattamento a seconda sia delle specie che possono essere ricondotte a 3 modelli generali:

• I) Alcune chenopodiacee quali per esempio i generi Salicomia, Salsola e Suaeda accumulano cloruro di sodio (NaCl) all'interno dei vacuoli cellulari e somigliano alle cosiddette piante "grasse" con fusti e foglie succulente. Nei loro tessuti la concentrazione salina può arrivare fino al 10%, come nel caso della Salicornia, e questo gli permette di assorbire acqua dall'ambiente esterno grazie all'elevata tensione di assorbimento osmotico generata.
• II) Una scarsissima permeabilità ai sali è invece caratteristica di altre piante alofile quali il genere Artemisia (A. coerulescens ed A. maritima) e l'Aster tripolium. Queste specie vivono su suoli meno salati delle precedenti e ricavano la tensione di assorbimento necessaria per l'assunzione dell'acqua accumulando nelle loro cellule composti organici.
• III) Il terzo gruppo di piante alofile è infine costituito da quelle specie con radici sprovviste di barriere fisiologiche che assorbono l'acqua salata ma riescono poi ad espellere il sale attraverso apposite cellule secretrici presenti nel fusto e nelle foglie. Il genere Limonium ne è un tipico esempio.

A questo gruppo appartengono molte specie, tipiche non solo dei suoli salati costieri ma anche di quelli continentali desertici e/o di steppa.

Elementi climatici

Il clima può essere considerato come la risultante dell'interazione dei diversi elementi climatici: luce, temperatura, precipitazioni, umidità, venti, ecc. che si verificano più o frequentemente e più costantemente in un dato luogo per un periodo prolungato di tempo ("il carattere medio dell'atmosfera nel corso dell'anno in un determinato luogo"). Il clima è un fattore abiotico, insieme al substrato definisce il biotopo nel quale si insedia la biocenosi animale e vegetale.

Climatologia e bioclimatologia

La climatologia è la scienza fisica che si occupa dello studio del clima (genesi del clima). La bioclimatologia è la scienza ecologica che studia i rapporti tra il clima (mondo fisico) e gli esseri viventi (mondo biologico). Porta alla definizione di bioclimi a cui corrispondono determinati adattamenti di vita, sia di singoli individui che di comunità (fattori che spiegano la distribuzione delle specie sulla superficie terrestre).

La bioclimatologia e più specificatamente la fitoclimatologia si differenzia dalla climatologia in quanto non prende in esame i caratteri genetici del clima e perché tra i tanti fattori climatici, analizza quelli che meglio spiegano la distribuzione della vegetazione (definisce i bioclimi a cui corrispondono i diversi adattamenti di piante e comunità).

Scala spaziale

A seconda dell'estensione territoriale alla quale si fa riferimento si possono distinguere tra diverse scale di riferimento: macroclimatica, mesoclimatica o topoclimatica, microclimatica.

• Macroclima – condizioni climatiche di un'ampia regione geografica. Dipende dalla posizione geografica (latitudine e longitudine) lontananza dal mare e oceani, orografia (altitudine). Il macroclima è riferibile ad esempio al bacino del Mediterraneo, alla penisola italiana, alla Pianura Padana, all'arco alpino, ecc.
• Mesoclima o topoclima (clima locale) – variazione del macroclima in relazione agli influssi dipendenti da fattori di carattere topografico (es. esposizione), si tratta di un clima locale con caratteristiche intermedie tra macroclima e microclima. A parità di quota ci possono essere comunità diverse in relazione alla temperatura, per esempio specie termofile nei versanti esposti a sud.
• Microclima – clima che si manifesta in un punto limitato della superficie terrestre.