Diapozitivul 1

1
ECOLOGIE
FUNCTIILE ECOSISTEMULUI
2
Ecosistemul forma elementara de organizare a
ecosferei. Functiile ecosistemului
energetica _ se refera la transferul energiei
prin ecosistem, de transport _ se refera la
circuitul de substante prin ecosistem, de
autoreglare _ se refera la mentinerea
stabilitatii ecosistemului
3

Ecosistem de padure de rasinoase
Ecosistem de padure de foioase
Ecosistem acvatic
4
FUNCTIA ENERGETICA A ECOSISTEMULUI Fluxul
energetic continuu este o caracteristica a
sistemelor vii si poate fi definit ca fiind
energia transferata de la un nivel trofic la
altul în cadrul unui lant trofic. În
interiorul ecosistemelor, fluxul energetic se
realizeaza prin relatii trofo-dinamice între
organisme, în timpul carora energia sufera
transformari permanente. În natura,
comportamentul oricarui sistem biologic sau
nebiologic se desfasoara conform principiilor
termodinamicii clasice de conservare si de
transformare a energiei. Principiul
conservarii energiei se refera la faptul ca
energia nu este nici creata si nici distrusa ci
doar transformata dintr-o forma în alta.
Intrarile de energie într-un sistem trebuie sa
fie egale cu iesirile. Nimic nu se pierde,
nimic nu se câstiga ci totul se transforma. În
orice proces energetic, o parte din energia
potentiala se transforma si se pierde sub forma
de caldura.
5
FUNCTIA ENERGETICA A ECOSISTEMULUI Sursele
de energie ale unui ecosistem sunt energia
electromagnetica a radiatiilor solare energia
chimica a diferitelor substante Radiatia
solara constituie sursa primara de energie pentru
biocenozele ecosistemelor. Plantele
fotosintetizatoare (microfite, macrofite) si
bacteriile fotosintetizatoare transforma prin
fotosinteza energia solara în energie chimica
înglobata în legaturile chimice din substantele
organice sintetizate. Intrarea de energie
în ecosistem are loc sub forma de energie
calorica (radiatii din zona IR) si energie
luminoasa (domeniul vizibil). Energia calorica
nu poate fi stocata dar faciliteaza stocarea
energiei luminoase favorizând fotosinteza.
Energia luminoasa poate fi stocata si utilizata
de catre organismele vii din ecosistem.
Substantele sintetizate se acumuleaza
formând biomasa.
6
BIOMASA Biomasa Substantele sintetizate si
acumulate de organismele vii biomasa
supraterana se afla deasupra solului si este
formata din frunzele, florile, semintele si
tulpinile plantelor, microorganismele si
animalele care nu vietuiesc permanent în sol
biomasa subterana se gaseste în sol si este
formata din tulpinile si radacinile subterane ale
plantelor, animalele si microorganismele care
traiesc permanent în sol necromasa reprezinta
cantitatea totala de masa organica moarta
existenta în biocenoza
7
PRODUCTIVITATEA PRIMARA Productia
biologica reprezinta cantitatea de substanta
organica realizata de un sistem biologic
(individ, populatie sau biocenoza) într-un anumit
interval de timp. Productia biologica
primara (productia primara) reprezinta cantitatea
de substanta organica sintetizata de plantele
verzi (macrofite, microfite), de bacteriile
fotosintetizatoare si bacteriile
chemosintetizatoare (sintetizeaza materie
organica din substante anorganice sub actiunea
energiei chimice) într-un biotop terestru sau
acvatic, corespunzatoare unei anumite perioade de
timp. Productivitatea primara bruta PPB
reprezinta cantitatea totala de energie fixata
prin fotosinteza de organismele autotrofe
(organismele care utilizeaza pentru hrana
substantele minerale, în general dizolvate în apa
- dioxid de carbon, ioni carbonat, azotati,
fosfati) din ecosistem si se exprima în J/m2zi
sau kg/hazi. Deoarece toata energia fixata de
plante este convertita în zaharuri, este teoretic
posibil ca energia fixata de plante sa fie
masurata prin cantitatea de zaharuri produse. O
parte din aceasta energie este folosita de
producatorii primari pentru desfasurarea
proceselor metabolice ale acestora (sinteze
organice, reproducere, miscare, respiratie), iar
o alta parte se acumuleaza sub forma de substanta
organica a celulelor si tesuturilor.
Productivitatea primara neta PPN reprezinta
cantitatea de materie organica acumulata sub
forma de biomasa prin sinteza (fotosinteza,
chemosinteza) de catre producatorii primari (PPB
minus cantitatea de materie organica consumata
prin respiratie pentru desfasurarea proceselor
metabolice, notata cu R). Astfel PPN reprezinta
substanta organica acumulata sub forma de rezerva
si disponibila ca hrana pentru nivelul trofic al
fitofagilor. PPN PPB R
8
(No Transcript)
9
PRODUCTIVITATEA PRIMARA Eficienta
ecologica a productiei primare este definita ca
fiind raportul dintre energia consumata pentru
fotosinteza sau chemosinteza si energia
primita. Eficienta productiei nete ()
reprezinta raportul dintre energia consumata
(intrata) si energia asimilata. Pentru pasari
eficienta productiei nete este mai mica de 1,
pentru mamifere mici mai mare de 6. Eficienta
productiei nete este invers proportionala cu
activitatea nivelului trofic respectiv. Astfel
pentru organismele endoterme (organismele care au
o temperatura a corpului mare si constanta, care
nu depinde de temperatura mediului, numite uneori
organisme cu sânge cald) eficienta productiei
nete este 1-6, iar pentru cele ectoterme
(organismele care au o temperatura a corpului
variabila apropiata uneori de cea a mediului
organisme cu sânge-rece) eficienta productiei
nete poate ajunge la 75. Eficienta
productiei brute EPB () poate fi calculata ca
produsul dintre eficienta asimilarii si eficienta
productiei nete, adica EPB (asimilare/ingerare)
x100x(productie/asimilare)x100
productie/ingerare Eficienta productiei
brute pentru animale terestre cu sânge este mai
mare de 5, pentru unele pasari si mamifere de
talie mare este mai mica de 1, pentru insecte
este 5-15, iar pentru unele animale acvatice
este mai mare de 30. Eficienta productiei
nete a plantelor reprezinta raportul dintre
productivitatea primara neta si productivitatea
primara bruta. Pentru cele mai multe plante,
domeniul de valori al eficientei productiei nete
este 30-85, pentru plantele din zona temperata
care au o crestere foarte rapida valoarea
eficientei este 75-85, iar pentru plantele din
zona tropicala este 40-60. Eficienta de
exploatare reprezinta proportia productiei unui
nivel trofic care este consumata de organismele
situate pe nivelul trofic superior.
Eficienta ecologica poate fi definita si ca
produsul dintre eficienta de exploatare si
eficienta productiei brute. Rata
acumularii de biomasa (ani) reprezinta raportul
dintre cantitatea de biomasa din ecosistem
(kg/m2) si viteza producerii biomasei (kg/m2.an)
rezervor/flux.
10

• PRODUCTIVITATEA SECUNDARA
• Productivitatea secundara reprezinta energia
  acumulata în biomasa organismelor heterotrofe
  (organisme care îsi sintetizeaza materia celulara
  din materie organica, care reprezinta atât sursa
  de energie cât si sursa de carbon).
• Productivitatea secundara reprezinta productia
  realizata de consumatori. Productivitatea
  secundara provine din productivitatea primara
  neta realizata de plantele fotosintetizante,
  bacteriile fotosintetizante si chemosintetizante.
• Energia stocata în biomasa producatorilor primari
  este transferata sub forma de hrana pe nivelurile
  trofice urmatoare reprezentate de consumatori si
  descompunatori.
• O parte din hrana este asimilata si utilizata
  pentru sinteza propriilor compusi, iar o alta
  parte este eliminata sub forma de fecale si
  urina.
• O parte din substantele asimilate serveste pentru
  nevoile energetice ale consumatorilor
  (metabolism), iar alta parte se acumuleaza sub
  forma de biomasa.
• Viteza de acumulare a substantei si energiei sub
  forma de biomasa la nivelul consumatorilor prin
  intermediul lanturilor trofice reprezinta
  productivitatea secundara.
• Eficienta productiei secundare (nete) este data
  de raportul dintre productivitatea secundara si
  energia asimilata.
• La animalele fitofage eficienta este mai mare
  fata de animalele carnivore deoarece animalele
  fitofage se deplaseaza mai putin în cautarea
  hranei (plante) si deci energia consumata este
  mica.
• Eficienta unui nivel trofic al consumatorilor
  constituie eficienta ecologica data de raportul
  dintre productivitatea secundara a nivelului
  trofic respectiv si productivitatea nivelului
  precedent.
• Eficienta depinde de structura nivelurilor
  trofice si este mai mare în cazul în care nivelul
  trofic contine un numar mai variat de specii
  fitofage deoarece productivitatea unui astfel de
  nivel va fi mai mare fata de nivelul în care
  speciile de animale sunt mai putin diversificate.
• Eficienta ecologica are valori cuprinse între 5
  si 20.

11
ENERGIA ÎN ECOSISTEM Capacitatea unor
anumite molecule de a capta si utiliza eficient
cantitati mici de energie reprezinta
caracteristica principala a vietii.
Totalitatea reactiilor chimice care au loc
într-un organism se numeste metabolism.
Acumularea si utilizarea energiei sunt bazele
metabolismului. Aproape toata cantitatea de
energie necesara vietii provine de la soare prin
fotosinteza plantelor. Energia este acumulata
ca energie potentiala în legaturile chimice ale
compusilor chimici.
12
(No Transcript)
13

• CIRCULATIA ENERGIEI ÎN ECOSISTEM
• În lanturile si în retelele trofice viteza de
  transfer a energiei are valori diferite,
  caracteristice. Dupa ce energia radianta a ajuns
  la sol si, astfel, la ecosistem, viteza de
  transfer al energiei se reduce, în functie de
  dinamica ecosistemului receptor în momentul
  respectiv. În fiecare organism, energia se
  acumuleaza într-un anumit interval de timp, dupa
  care traverseaza lanturile, respectiv retelele
  trofice, cu viteze bine definite, caracteristice
  mediului traversat.
• Viteze mari de transfer al energiei se
  înregistreaza în cazul ecosistemelor tinere si cu
  un numar mic de specii. În ecosistemele mature,
  cu numar mare de specii si cu o configuratie
  complexa a retelelor trofice, datorita faptului
  ca fluxul de energie se "ramifica" ca urmare
  complexitatii retelei trofice, viteza de transfer
  al energiei scade. Datorita acestui fapt între
  ecosistemele acvatice si cele terestre apar
  diferente în ceea ce priveste viteza de transfer
  al energiei. Prin utilizarea fosforului marcat
  (32P) s-a demonstrat ca în cazul ecosistemelor
  acvatice fluxul energetic se realizeaza într-un
  numar mic de zile. În cazul ecosistemelor
  terestre viteza de transfer al energiei este mai
  mica decât în cele acvatice.
• Transportul energiei prin ecosistem se supune
  urmatoarelor principii
• productivitatea neta scade de la nivelul
  producatorilor la cel al consumatorilor, raportul
  dintre niveluri fiind de 1/10
• raportul dintre cantitatea de energie care se
  pierde prin respiratie si productivitatea bruta
  creste de la nivelul producatorilor primari spre
  cel al consumatorilor tertiari sau de vârf
• eficienta utilizarii energiei disponibile
  creste de la nivelul producatorilor primari spre
  cel al consumatorilor tertiari sau de vârf.

14

• CIRCULATIA MATERIEI ÎN ECOSISTEM
• Circulatia materiei într-un ecosistem depinde de
  structura ecosistemului
• deci de structura biocenozei si biotopului.
  Circulatia materiei se realizeaza
• în ambele sensuri.
• La nivelul biotopului circulatia elementelor
  chimice se realizeaza prin
• intermediul solutiilor apoase sau al gazelor, iar
  la nivelul biocenozei prin
• lanturile trofice.
• Organismele vii acumuleaza elementele chimice din
  mediul înconjurator, le
• retin o perioada de timp, si apoi le elibereaza
  din nou în natura.
• Importanta prezinta modul în care organismele vii
  (biocenoza) dintr-un
• anumit biotop (suprafata de pamânt sau volum de
  apa) acumuleaza,
• transforma si transporta materia.
• Trecerea elementelor chimice din biotop în
  biocenoza se face selectiv. Selectivitatea este
  realizata de producatorii primari.
• O parte din elementele chimice sunt retinute si
  utilizate în sinteze pe nivelurile trofice
  superioare, iar o alta parte este eliminata sub
  forma de deseuri metabolice.
• Eliminarea este, de asemenea, un proces selectiv.
  Transferul elementelor chimice din biotop în
  biocenoza are loc prin procese de respiratie,
  transpiratie, excretie, fecale, prin organismele
  animale sau vegetale moarte, iar transferul
  elementelor chimice din biocenoza în biotop se
  realizeaza prin mineralizarea substantelor
  organice de catre descompunatori.

15
CIRCUITUL MATERIEI ÎN ECOSISTEMELE TERESTRE
Elementele chimice se gasesc sub forma de
combinatii în patru sfere (rezervoare)
diferite atmosfera consta dintr-un amestec
de gaze si aerosoli si reprezinta masa de aer ce
înconjoara planeta (carbonul din dioxiul de
carbon, azotul în stare gazoasa) geosfera
include solul, sedimentele si rocile care
formeaza partea solida a Pamântului (calciul din
carbonatul de calciu, potasiul din feldspat)
hidrosfera reprezinta masa de apa (solida si
lichida) situata la suprafata sa si
care traverseaza întreaga geosfera (azotul din
azotatii dizolvati, fosforul din fosfati,
carbonul din carbonati etc) biosfera
reprezinta masa vie a Pamântului (carbonul din
celuloza sau grasimi, azotul din proteine,
fosforul din ATP, etc.). Organismele vii,
cadavrele si corpurile aflate în descompunere pot
fi considerate compartimente care contin elemente
în forma organica Studiul proceselor
chimice care au loc între aceste compartimente si
în mod deosebit studiul fluxurilor dintre
elemente sunt realizate în cadrul stiintei care
se numeste biogeochimie. Raspândirea
substantelor naturale sau poluante la suprafata
pamântului se analizeaza prin intermediul
modelelor geochimice sau a circuitelor
elementelor, care prezinta o deosebita importanta
în evaluarea modificarilor ce pot surveni în urma
interventiei umane în fluxul acestora.
Circuitele biogeochimice reprezinta un concept
care reflecta dinamismul unor procese complexe de
transport, transfer, transformare si înmagazinare
a elementelor chimice, a compusilor sub forma
carora se gasesc acestea, în geosfera, atmosfera,
hidrosfera si biosfera. Termenul de circuit
bio-geo-chimic exprima interactiunea dintre lumea
organica (bio-) si anorganica (geo-) si este
bazat pe chimismul (chimic) si transferul
(circuit) elementelor chimice si a compusilor.
Prin circuitul materiei în biosfera se
realizeaza perpetuarea starii de echilibru a
acesteia.
16
(No Transcript)
17
(No Transcript)
18

• CIRCUITUL ELEMENTELOR
• Substantele nutritive sunt asimilate si apoi
  eliminate de catre ecosistemele terestre într-o
  varietate de forme. Rezerva de substante
  nutritive s-ar putea evalua prin identificarea si
  caracterizarea cantitativa a proceselor la care
  acestea participa.
• Rezervele în anumite elemente chimice din
  unele ecosisteme pot fi mai mult sau mai putin în
• echilibru, cantitatile intrate fiind egale cu
  cele iesite (intrari iesiri).
• În alte cazuri intrarile depasesc iesirile,
  iar substantele nutritive se acumuleaza în
• compartimentele biomasei si a materiei organice
  moarte (intrari - iesiri rezerva).
• Un alt caz este acela în care iesirile
  depasesc intrarile daca organismele
  (ecosistemele) sunt afectate de un eveniment cum
  ar fi focul, o desfrunzire masiva provocata de o
  invazie de lacuste, defrisari pe scara larga sau
  strângerea recoltelor de catre om (iesiri -
  intrari pierderi).
• Raportul dintre intrarile si iesirile elementelor
  chimice din ecosistem variaza în functie de
  anotimp, de biocenoza si de stadiul succesional
  al ecosistemului. Astfel în functie de anotimp,
  intrarile cele mai mari de elemente nutritive în
  ecosistemele terestre se realizeaza primavara si
  vara.
• Pentru sinteza materiei organice, organismele vii
  au nevoie de circa 40 de elemente chimice pe care
  si le asimileaza din atmosfera, precipitatii,
  aerosoli, din dezagregarea rocilor, eroziunea
  solului si descompunerea organismelor moarte.
  Unele dintre aceste elemente sunt folosite în
  cantitate mai mare (C, N, H, O, K, P, S), iar
  altele în cantitate mai mica (Ca, Fe, Mg, Na, Mn,
  Co, Ni).
• În orice ecosistem terestru exista un circuit
  local al elementelor prin reciclarea materiei
  organice
• moarte si spalarea, de pe frunze sau alte parti
  ale plantelor de catre precipitatii a
  substantelor
• minerale rezultate din transpiratie.
• Descompunerea materiei organice se
  realizeaza cu viteza mai mica într-o padure fata
  de o
• pajiste.
• Intrarile de elemente minerale din biotop în
  biocenoza si revenirea lor în biotop depind de
  stadiul
• de maturare al ecosistemului. De exemplu, în
  biocenozele tinere, aflate în crestere are loc
• acumularea si stocarea unei cantitati mari de
  elemente nutritive.

19
(No Transcript)
20
(No Transcript)
21
(No Transcript)
22
(No Transcript)
23
(No Transcript)
24
(No Transcript)
25
(No Transcript)
26
(No Transcript)
27
Circuitele potasiului, calciului, fierului,
magneziului si siliciului Eroziunea
rocilor si a solurilor este sursa principala din
care provin elementele nutritive cum ar fi
potasiul, calciul, fierul, magneziul si fosforul
care pot fi preluate de radacinile plantelor.
Eroziunea mecanica este cauzata de procese cum
ar fi înghetarea apelor si cresterea radacinilor
în crevase (crapaturi). Totusi mult mai
importante pentru eliberarea elementelor
nutritive sunt procesele de eroziune (alterare)
chimica. De o însemnatate deosebita este
carbonatarea, în care acidul carbonic
reactioneaza cu mineralele pentru a elibera ionii
de calciu si potasiu, de exemplu. Simpla
dizolvare a mineralelor în apa elibereaza
substante nutritive din roci si din sol.
Acelasi rezultat se obtine si în urma reactiilor
de hidroliza care implica acizii organici
eliberati de radacinile plantelor, ciuperci sau
licheni. Intrarile de calciu în ecosistem
se mai realizeaza prin descompunerea organismelor
moarte. Accesibilitatea potasiului în
plante si biocenoza este influentata de excesul
de umiditate din sol. Prin schimb cationic
potasiul trece din solutia solului în complexul
adsorbitiv. Acesta se gaseste în sol sub
forma de ioni K care reactioneaza cu anionii
sulfat, azotat si formeaza compusi solubili ce
sunt asimilati de microorganisme si plantele
superioare. Potasiul este indispensabil
vietii plantelor având urmatoarele functii
realizeaza metabolismul substantelor, stimuleaza
sinteza proteinelor si activarea a 40 de enzime,
stimuleaza sinteza clorofilei si intensitatea
fotosintezei, translocarea substantelor organice
prin fotosinteza în alte organe, mareste
rezistenta plantelor la ger si boli criptogamice,
influenteaza pozitiv productivitatea primara.
Calciul este esential pentru cresterea si
functionarea vârfului radacinilor, asigura
echilibrul hidric celular, neutralizeaza unii
acizi organici (unii dintre ei fiind toxici -
acidul oxalic), înlatura actiunea unor ioni în
exces. Siliciul stimuleaza procesul de
crestere si de rezistenta.
28
(No Transcript)
29
INFLUENTA ACTIVITATILOR UMANE Activitatile
umane determina un aport de materiale în acest
circuit, materiale care se integreaza mai mult
sau mai putin în circulatia naturala. Efectul
perturbator al materialelor care contin aceleasi
specii chimice cu cele care exista si în
circuitul natural depinde de cantitatea eliberata
în mediu raportata la cea din circuitul
natural. Poluarea, ca fenomen de dereglare a
circuitului natural, este cea mai grava în cazul
introducerii în acest circuit de compusi
sintetici, cu structuri diferite de cele ale
compusilor produsi de natura. Prin
incendiere materialele vegetale ale unui
ecosistem terestru se pot transforma în dioxid de
carbon într-un timp foarte scurt si deci astfel
emisiile vor fi mai mari fata de capacitatea
ecosistemul respectiv de a-l asimila. In cazul
azotului pierderea sub forma gazoasa poate fi de
asemenea impresionanta. Perturbari ale
circuitelor naturale au loc si prin defrisari si
recoltari. Introducerea de catre om de noi
specii exotice într-un alt biotop a alterat
deseori functionarea ecosistemului caracteristic
biotopului respectiv si implicit circuitul
materiei în ecosistemul respectiv. Alte
activitati antropice importante care contribuie
la modificarea circuitului natural al materiei
prin ecosistem se refera la eliminarile în
atmosfera de gaze poluante (oxizi ai azotului,
oxizi ai sulfului, materii organice volatile, CO,
CO2), pulberi în suspensie.
30

• AUTOREGLAREA SI STABILITATEA ECOSISTEMULUI
• Autoreglarea ecosistemului este o conditie
  esentiala si necesara pentru mentinerea
  stabilitatii acestuia. Prin autoreglare,
  ecosistemele îsi mentin relativ constante
  structura si functiile chiar în conditii de mediu
  variabile.
• Pentru mentinerea stabilitatii, mecanismele de
  autoreglare sunt rezultatul conexiunilor directe
  dintre subsisteme, respectiv conexiunile dintre
  speciile componente ale biocenozei si dintre
  biocenoza si biotop.
• Efectele de perturbare determinate de anumiti
  factori ecologici biotici si abiotici pot fi
  înlaturate prin mecanisme de prevenire
  (feed-before) si mecanisme de corectare
  (feed-back).
• Mecanismele de corectare a perturbarilor produse
  constau în modelarea raspunsurilor biocenozei la
  actiunea stimulilor receptionati de elementele
  sale componente. Mecanismele de autoreglare de
  natura trofica sunt cele mai importante. În cazul
  în care nivelul trofic al consumatorilor este
  ocupat de organismele polifage (specii animale
  care se hranesc cu un numar mare de organisme
  vegetale sau animale), presiunea exercitata de
  acestia creste stopând tendinta de crestere
  numerica a unei specii, iar la scaderea numerica
  a speciei, presiunea exercitata de polifagi se va
  deplasa spre alte specii. Mecanismele de
  autoreglare asigura evitarea situatiilor în care
  ar avea loc epuizarea totala a resurselor
  alimentare pentru o populatie si disparitia ei
  din ecosistem.
• Stabilitatea unui ecosistem este asigurata de o
  diversitate populationala mare. Aceasta se
  înregistreaza pentru ecosistemele la care
  cantitatea de energie pierduta prin respiratie
  creste la nivelurile trofice superioare. La
  aceste niveluri organismele depun o activitate
  mai intensa pentru procurarea hranei decât cele
  de pe nivelurile trofice inferioare, iar energia
  consumata de un nivel trofic nu se mai transfera
  la nivelul precedent.

31
(No Transcript)