Cartea de ecologie

Aurel MAXIM

ECOLOGIE ȘI PROTECȚIA MEDIULUI Curs pentru uzul studenților

CLUJ-NAPOCA 2008

CUPRINS Capitolul 1. INTRODUCERE……………………………………………………………... 1.1. Definiţie şi istoric.................................................................................................. 1.2. Dezvoltarea ecologiei în țara noastră....................................................................

7 7 9

Partea I NOȚIUNI DE GENERALĂ………………………………………………..

11

ECOLOGIE

Capitolul 2. SISTEME BIOLOGICE…………………………………………………...…... 2.1. Semnificaţia conceptului de sistem în ecologie şi clasificarea sistemelor 2.2. Însuşirile generale ale sistemelor biologice……………………………… 2.3. Sisteme studiate de ecologie……………………………………………… Capitolul 3. FACTORII ECOLOGICI…………………………………………….…... 3.1. Factorii abiotici…………………………………………………………….…... 3.1.1. Factorii climatici……………………………………………………….. 3.1.1.1. Temperatura…………………………….................................. 3.1.1.2. Lumina………………………………….................................. 3.1.1.3. Apa……………………………………………………………. 3.1.2. Focul………………………………………………………………….… 3.1.3. Factorii geografici (orografici)………………………………………… 3.1.4. Factorii mecanici………………………………………………….……. 3.1.5. Factorii edafici…………………………………………………………. 3.1.6. Interacţiunea factorilor abiotici………………………………………... 3.1.7. Legile acţiunii factorilor ecologici…………………………………….. 3.1.8. Importanţa factorilor climatici pentru combaterea paraziţilor la plante 3.2. Factorii biotici…………………………………………………………………... 3.2.1. Relații homotipice……………………………………………………... 3.2.2. Relații heterotipice……………………………….................................... 3. 2. 2. 1. Relații interspecifice stabilite pe criteriul efectului direct……. 3. 2. 2. 2. Relații interspecifice stabilite pe criteriul rolului lor în viaţa populațiilor………….................................. . 3.2.3. Relaţii complexe………………………………………………………… Capitolul 4. STRUCTURA ECOSISTEMELOR…………………………………….... 4.1. Structura spaţială a ecosistemelor…………………………………………….. 4.2. Structura trofică a ecosistemului……………………….................................... 4.3. Structura biochimică a ecosistemelor………………………………………… 4.3.1. Interacţiuni biochimice la plante…………………………………….... 4.3.2. Interacţiuni biochimice la animale……………..................................... 4.3.3. Interacţiuni biochimice ale plantelor cu animalele erbivore……………………………………………………. 4.4. Structura temporală a ecosistemelor………………………………………….. 4.4.1. Dinamica ecosistemului………………………………………. ……… 4.4.2. Dezvoltarea ecosistemului (succesiunea ecologică).............................. 4.4.2.1. Ecogeneza (succesiunea primară)............................................. 4.4.2.2. Succesiuni secundare……………………………………….... 4.4.2.3. Stabilizarea ecosistemului……………………………………. 2

11 11 11 14 21 21 22 22 26 29 33 34 34 36 38 38 39 41 41 42 42 46 49 51 51 53 61 63 66 67 69 69 70 72 73 75 77 78 78

Capitolul 5. FUNCŢIILE ECOSISTEMULUI………………………………………… 5.1. Functia energetică a ecosistemelor...................................................................... 5.1.1. Principiile termodinamicii în ecologie..................................................... 5.1.2. Fluxul de energie în sistemele biologice.................................................. 5.1.3. Producția și productivitatea ecosistemelor.............................................. 5.2. Funcţia de circulaţie a ecosistemelor………………………………………….. 5.2.1. Circuitul carbonului…………………………………………………….. 5.2.2. Circuitul azotului....................................................................................... 5.2.3. Circuitul fosforului.................................................................................... 5.2.4. Circuitul apei în natură.............................................................................. 5.3. Funcţia de autoreglare a ecosistemelor................................................................ Partea a-II-a ECOLOGIE AGRICOLĂ (AGROECOLOGIA)……………………………………………….............. Capitolul 6. NOȚIUNI GENERALE PRIVIND AGROECOSISTEMELE…………………………………………………......... 6.1. Definiție, importanță și istoric............................................................................. 6.2. Originea și evoluția sistemelor agricole……………………………………….. 6.3. Particularitățile sistemelor agricole…………………………………………….. Capitolul 7. CLASIFICAREA ENERGETICĂ A AGROECOSISTEMELOR... 7.1. Agroecosisteme extensive……………………………….................................... 7.2. Agroecosisteme intensive…………………………………………………….… 7.3. Agroecosisteme industrializate……………………………………………….... Capitolul 8. ECOSISTEMELE AGRICOLE ȘI ALIMENTAȚIA OMENIRII Capitolul 9. SISTEME DE AGRICULTURĂ…………………………………….. 9.1. Sisteme de agricultură tradiţionale…………………………………………............................... 9.2. Sisteme de agricultură moderne………………………………………………. 9.2.1. Sisteme de agricultură industrializată………………………………….. 9.2.2. Sisteme de agricultură durabilă…………………………………………. 9.2.2.1. Sisteme de agricultură integrată………………………………... 9.2.2.2. Sisteme de agricultură ecologică……………………………….. PARTEA a III-a

DETERIORAREA SI PROTECŢIA MEDIULUI…………………………… Capitolul 10. DETERIORAREA ECOSISTEMELOR PRIN POLUARE………………... 10.1. Poluant. Poluare. Substanţe poluante.................................................................. 10.2. Clasificarea poluării ……………………………………………………………... 10.3. Poluarea aerului…………………………………………………………..…… 10.3.1. Poluanţii gazoşi…………………………………………………….…. 10.3.2. Ploile acide……………………………………………………………. 10.3.3. Deteriorarea stratului de ozon................................................................ 10.3.4. Efectul de seră........................................................................................ 10.4. Poluarea apei……………………………………………………………………… 10.4.1. Consumatorii de apă şi sursele de poluare……......................................... 10.4.2. Principalii poluanţi ai apelor…………………………………………… 10.4.3. Poluarea apei prin produsele utilizate în agricultură…. ………… 10.4.4. Eutrofizarea apelor………...……………………………………….... 10.4.5. Poluarea termică a apei........................................................................ 3

80 85 89 94 98 101 102 104 106 106 106 110 113 115 117 118 118 119 123 123 124 124 127 127 130 137 137 137 138 138 138 139 140 141 141 141 142 142 143 143 144 147 147 147 149

10.4.6. Prevenirea şi combaterea poluării apei ……………………………… 10.5. Poluarea solului………………………………………………………………. 10.5.1. Poluarea cu îngrăşăminte chimice …………………………………… 10.5.2. Poluarea cu pesticide…………………………………………………. Capitolul 11. BIODIVERSITATEA ŞI CONSERVAREA BIODIVERSITĂŢII…… 11.1. Biodiversitatea – o problemă globală……………………………………. 11.2. Valoarea biodiversităţii……………………………………………………….. 11.2.1. Valori economice directe……………………………………………. 11.2.2. Valori economice indirecte………………………………………….. 11.2.3. Valori opţionale……………………………………………………… 11.2.4. Valoarea existenţială………………………………………………… 11.3. Tipuri de biodiversitate........................................................................................ 11.4. Conservarea biodiversităţii................................................................................... 11.4.1. Consideraţii generale............................................................................ 11.4.2. Conservarea “in situ”........................................................................... 11.4.3. Conservarea “ex situ”………………………………........................... 11.4.4. Conservarea agrobiodiversității…………………………………… Capitolul 12. ORGANISMELE MODIFICATE GENETIC…………………………. 10 12.1. Obţinerea OGM-urilor………………………………………………………... 12.2. Semnificaţia, pericolele şi evoluţia transgenezei……………........................... 12.3. Microorganisme şi animale transgenice………………………………………. 12.4. Plante transgenice…………………………………………………………….. Capitolul 13. ALTE CĂI DE DETERIORARE A MEDIULUI.................................... 13.1. Deteriorarea mediului prin construcţii de baraje şi canale................................ 13.2. Deteriorarea mediului prin introducerea de specii în ecosisteme..................... 13.3. Deteriorarea mediului prin supraexploatare…………………............................ Capitolul 14. ETICA MEDIULUI………………………………………………………

4

149 150 150 151 153 153 153 154 154 155 156 157 161 161 162 162 163 172 172 173 174 175

PREFAȚĂ Revoluția industrială a declanșat o serie de acțiuni, de-a dreptul demente, împotriva echilibrului natural. Secole de-a rândul, strigătul de luptă al societății era “să cucerim natura”. Miciurin îndemna omul triumfător și dominator, cuceritorul naturii, “să nu aștepte daruri de la natură ci să i le smulgă”. În Evul Mediu, defrișarea pădurii era îndeobște considerată un act de civilizație. Pădurile tropicale, cu vârste de 60-100 de milioane de ani, neatinse în urmă cu 500 de ani, erau dispărute în proporție de 50% la jumătatea secolului trecut. Într-un singur deceniu (1979 - 1989) au dispărut 10% din aceste păduri care adăpostesc jumătate din totalul speciilor de pe Glob și au un rol esențial în absorbția cantităților imense de CO 2, emanat în atmosfera Pământului de către industrie și automobile. Dacă extincția naturală a speciilor este de una la patru ani, în secolul trecut, ritmul dispariției lor a ajuns la una – două specii pe zi. S-a dovedit că evoluția desfășurată pe parcursul a 100 de milioane de ani poate fi distrusă într-un singur secol. Apariția masivă a substanțelor de sinteză în secolul XX a condus la otrăvirea tuturor compartimentelor mediului înconjurător. Acestea sunt doar câteva din zonele cenușii ale culturii noastre. După unele estimări, peste 99% din totalul produselor utilizate astăzi de omenire au fost create în ultimul secol și jumătate, în special în ultima jumătate de veac. Din păcate însă știința, în ansamblul ei, și societatea modernă s-au îndepărtat prea mult de natură, pe care o exploatează și o transformă cu violență. Se intervine tot mai brutal în echilibrele și circuitele naturale, în viața altor specii de care ne pasă tot mai puțin. Totul este cântărit și judecat prin prisma profitului economic imediat. Aproape că s-a ajuns la limita suportabilă a separării, a opoziției dintre societate și natură, a indiferenței oamenilor, a științei și a tehnicii față de aceasta din urmă. Consecințele tehnicizării naturii și a lipsei totale de respect a omului, față de Planeta care îl găzduiește, nu au întârziat să apară. Amintesc doar câteva dintre ele: încălzirea globală, deteriorarea stratului de ozon, creșterea frecvenței fenomenelor climatice și geomorfice de risc, ploile acide, eutrofizarea apelor, scăderea fertilității solului, apariția a numeroase boli la om din pricina alimentației nesănătoase și a poluării, reducerea biodiversității, munții de deșeuri întâlniți pretutindeni etc.. În ultima vreme, am putut observa cu toții că acțiunile nesăbuite ale omului asupra naturii se întorc împotriva noastră. Abia atunci când natura “se supără” știm să devenim mai răbdători și să conștientizăm neputința noastră în fața stihiilor naturii. Omenirea a început să ia măsuri împotriva deteriorării mediului ambiant destul de târziu, în anii ’70 ai secolului trecut, odată cu primul Raport al Clubului de la Roma (1972). Aici s-a demonstrat pentru prima oară, în mod convingăror, că trăim într-o lume limitată, atât în ceea ce privește resursele, cât și capacitatea de suportabilitate a mediului față de poluare. Acestui eveniment internațional i-au urmat și altele. Problemele legate de conservarea naturii, diminuarea poluării și utilizarea rațională a resurselor sunt tot mai prezente în dezbaterile și reuniunile desfășurate la nivel planetar și național. Restricțiile legate de protecția mediului și importanța acordată acestui sector sunt din ce în ce mai 5

mari. Una dintre explicații ar fi aceea că problemele de mediu au cel puțin două trăsături majore: caracterul transfrontalier și, adeseori, ireversibil. Desigur că, responsabilitatea față de sănătatea mediului înconjurător revine fiecărui cetățean al Planetei, dar mai cu seamă specialiștilor care își desfășoară activitatea în domeniul educației sau în sectoare ale economiei cu impact negativ asupra ambientului. În acest context a apărut și cursul de Ecologie și protecția mediului care se adresează studenților și specialiștilor din domeniul protecției mediului, al biologiei și ale ramurilor aplicative ale acestei științe (agronomie, silvicultură, biotehnologie etc.), precum și tuturor celor care au sau doresc să-și formeze o mentalitate ecologică. Lucrarea este structurată pe trei părți: prima, de ecologie generală, a doua de agroecologie, iar ultima parte de deteriorare și protecția mediului. Pe parcursul întregii lucrări am încercat să exemplific fiecare noțiune, fiecare principiu, fiecare aspect, pentru ca cititorul să înțeleagă importanța lor practică. Am evitat să mă limitez doar la definiții și dogme abstracte pe care le găsim, din păcate, în multe manuale de ecologie. Am făcut tot posibilul ca nivelul de abordare să fie unul accesibil și prietenos, pentru a stârni interes și pasiune pentru toți cei care vor parcurge acest manual. Îndrăznesc să sper că acest curs va reuși să-și convingă cititorii de necesitatea restabilirii unității dintre societate și natură, cele două componente ale existenței noastre. Trebuie stopată acum și pentru totdeauna perpetuarea indiferenței față de mediu în toate activitățile umane, de la amenajarea orașelor până la educație, agricultură, industrie, turism și viața de zi cu zi. Mulțumesc tuturor celor care au contribuit la îmbogățirea și îmbunătățirea acestui manual, precum și celor care și-au adus aportul, într-un fel sau altul, la apariția sa. Voi fi receptiv la orice observații critice și propuneri bine intenționate, venite din partea cititorilor și îmi exprim cu anticipație gratitudinea față de domniile lor. Cluj-Napoca, 10 mai 2008

Autorul

6

Capitolul 1

INTRODUCERE 1.1. Definiţie şi istoric Istoricii îi consideră pe filozofii şi naturaliştii greci, Aristotel (384 – 322 î. Hr.) şi Teofrast (372 – 287 î. Hr.), ca precursori ai gândirii ecologice, deoarece ei au fost primii care au remarcat în scrierile lor legăturile existente între organismele vii şi mediu. Ideea de bază a circulaţiei materiei în natură a fost experimentată încă de Lavoisier, în 1792, iar procesul natural al descompunerii materiei organice moarte a fost descris exact, abia de Pasteur, în 1861. Aceste două fenomene sunt esenţiale pentru înţelegerea proceselor ecologice, de aceea Lavoisier şi Pasteur sunt consideraţi ca fiind întemeietori ai ecologiei moderne. Primul care a subliniat principiul interacţiunii în lumea vie a fost savantul englez Charles Darwin. Exemplul folosit de el şi citat adesea în manualele de ecologie este edificator: trifoiul roşu este polenizat de bondari; numărul bondarilor este dependent de distrugerea cuiburilor acestora de către şoareci; numărul şoarecilor este influențat de activitatea pisicilor; rezultă deci că recolta de trifoi depinde de numărul şi activitatea pisicilor. Cele două lucrări ale acestuia "Originea speciilor" (1859) și "Descendenţa omului" (1871), formulau următoarele două idei fundamentale ale ecologiei moderne: influența mediului asupra speciilor vii și apartenența speciei umane la lumea naturală. Paternitatea termenului si conceptului de ecologie aparţin însă savantului german Ernst Haeckel (1834-1919), discipolul lui Darwin care, în anul 1866, introduce termenul de ecologie, definind-o ca “ştiinţă a relaţiilor organismelor vii cu mediul lor ambiant, atât organic cât şi anorganic”. Din punct de vedere etimolologic, în limba greacă, oicos = casă, gospodărie şi logos = cuvânt sau, în accepţiunea modernă - ştiinţă; deci, ecologia ar vrea să însemne “ştiinţa despre gospodărirea naturii”. De-a lungul timpului au apărut o serie de definiţii ale acestui termen. În prezent nu există o definiţie unanim acceptată a ecologiei. Odum (1971, 1983) defineşte ecologia ca fiind “ştiinţa care studiază relaţiile organismelor individuale sau grupurilor de organisme cu ambianţa lor vie şi nevie”. Godeanu şi Soran (1982) au definit ecologia drept o „ştiinţă interdisciplinară care studiază nivelurile superioare de organizare a sistemelor vii în interrelaţia lor cu mediul înconjurător”. Botnariuc şi Vădineanu (1982) - „Ecologia studiază sistemele supraindividuale de organizare a materiei vii (populaţii, biocenoze, biosferă) integrate în mediul lor abiotic”. Burnie (2005): “Fiinţele vii sunt aidoma unor piese dintr-un uriaş şi mereu în schimbare joc de domino. Ecologii studiază modul în care piesele se îmbină, atât unele cu altele, cât şi cu lumea din jurul lor”. Ecologia s-a născut ca o ramură a biologiei şi ea a rămas multă vreme ca o ştiinţă pur teoretică, până la jumătatea secolului XX când specialiştii din diverse domenii învecinate (meteorologi, hidrologi, medici) au remarcat că societatea industrială se confruntă cu probleme ce se regăsesc în principiile ecologiei. Este vorba despre retroacţiunea 7

evenimentului, idee fundamentală a ecologiei conform căreia orice acţiune a unui factor asupra unui sistem ecologic produce o retroacţiune întârziată, uneori cu efecte catastrofale şi ireversibile în acelaşi timp. O astfel de retroacţiune a fost găsită şi în zona acţiunilor antropice asupra mediului. Apariţia si amplificarea poluărilor, dispariția unor specii, schimbările climatice globale s.a., au fost semnele evidente ale unei crize ecologice profunde. Concluzia relevatã de ecologie este că omul nu poate să acţioneze la nesfârșit asupra mediului său fără a pune în pericol ruperea echilibrelor ecologice esenţiale. Pe această cale s-a impus o altă noţiune problemă cheie a lumii contemporane: protecţia mediului care constă în „ansamblul de reglementări, măsuri, acţiuni care au ca scop menţinerea şi protejarea condiţiilor naturale împotriva degradării”. Ecologia presupune cunoştinţe din diverse domenii: ştiinţele naturii, economie, sociologie etc.. De aceea, ecologul trebuie să fie un enciclopedist; el trebuie să cunoască taxonomie, genetică, biochimie, anatomie, morfologie, fizică, chimie, economie, antropologie, etnologie, etologie etc., motiv pentru care se impune munca în echipă, cu diverse categorii de specialişti. Ecologul are nevoie de o gândire sintetică, de cunoştinţe deosebite, de imaginaţie şi anticipaţie. În societatea contemporană, problemele de ecologie este bine să fie tratate împreună cu cele de protecţia mediului. În felul acesta poate fi mobilizată o parte mai importantă din opinia publică în activităţile de protecţia mediului ambiant, sub egida unei ştiinţe (ecologie) şi a unor oameni de ştiinţă. Ecologia este solicitată în elaborarea măsurilor ele protecţie a mediului înconjurător. Aceste două domenii se întrepătrund însă este eronată sinonimia ecologie - protecţia mediului. Numeroși cercetători din domeniul ecologiei au încercat să contureze principalele direcții ale dezvoltării ecologiei pe plan mondial [Odum E.P. (1971, 1983); Odum, H.T. (1973); Stugren (1982); Puia și colab. (2001) etc.]. Ramurile acestei științe sunt deosebit de numeroase. În figura 1, ele sunt reprezentate sub forma unui pom al cunoașterii binelui și răului în domeniul acestei complexe științe. În linii mari, ramurile ecologiei se pot include în trei categorii importante: sistemice, aplicative și specializate. Pentru înțelegerea bazelor ecologiei (ecologie generală), este necesară cunoașterea ramurilor sale sistemice. Acestea sunt: autoecologia, demecologia şi sinecologia. Autoecologia (gr. auto – însuși) studiază relaţiile indivizilor cu mediul înconjurător abiotic şi biotic, accentul punându-se pe aspectele de adaptare la condiţiile de mediu. Demecologia (gr. demos – popor, mulțime) studiază procesele ecologice care se desfășoară la nivelul populațiilor unei specii, iar sinecologia (gr. sin - împreună) se ocupă de relaţiile ecologice la nivelul biocenozelor şi ecosistemelor. Denumirea de ramuri sistemice provine de la metoda sistemică utilizată în ecologie, metodă care permite studierea biosferei și a fenomenelor din ecosisteme ca pe un întreg real [Stugren, 1984]. Ramurile aplicative ale ecologiei au fost dictate de nevoile omului de hrană, adăpost și mediu înconjurător nedeteriorat. Cele mai importante ramuri aplicative ale ecologiei sunt: ecologia agricolă sau agroecologia, ecologia solului sau ecopedologia, ecologia așezărilor umane, ecologia umană, ecologia silvică, ecologia și gospodărirea ariilor protejate, ecologia sistemelor naturale etc.. Cercetările din diferitele ramuri ale ecologiei aplicate au menirea de a furniza tehnologii ecologice care să protejeze mediul ambiant și sănătatea oamenilor. Ramurile specializate ale ecologiei studiază grupurile taxonomice de organisme rezultate din evoluția filogenetică: ecologia bacteriană, ecologia fungilor, brioecologia, ecologia lichenilor, ecologia plantelor, entomoecologia, ornitoecologia, ecologia și etologia primatelor etc.. După unii ecologia și etologia umană se poate regăsi și între ramurile specializate ale ecologiei. Astfel, ecologia umană este aplicativă atunci când studiază relațiile omului cu mediul ambiant și resursele naturale prin care își poate întreține viața și este specializată atunci când studiază comparativ procesele ecologice în care este implicat omul și mamiferele sau, mai restrictiv, omul și hominidele. Un alt criteriu, în cadrul ramurilor 8

specializate ale ecologiei, vizează mediul de trai al viețuitoarelor. Așa au apărut: ecologia terestră, ecologia acvatică, ecologia mediilor subterane etc.. Nu trebuie confundată ecologia cu ecologismul, nici ecologii cu ecologiștii. Ecologia a fost definită mai sus. Cei care studiază această știință se numesc ecologi. O altă abordare se referă la ecologie ca atitudine față de relațiile dintre om și mediu și poartă numele de ecologism. Militanții implicați în mișcările ecologiste ale verzilor cât și cei care fac politică ecologistă se numesc ecologiști. După E.P. Odum (1971), ecologia este nu numai o ştiinţă, ci şi o „concepţie” ea trebuind să fie prezentă în toate activităţile umane.

Fig. 1. Pomul cunoașterii binelui și răului în domeniul ecologiei [Puia și colab., 2001]

1.2. Dezvoltarea ecologiei în țara noastră Faptul că Grigore Antipa (1867-1944) a fost elevul si asistentul lui E. Haeckel a facilitat pătrunderea principiilor ecologice în ţara noastră. Antipa a studiat lunca inundabilă a Dunării, Delta 9

şi sectorul nord-vestic al Mării Negre, sub aspect ecologic. Emil Racoviţă studiază condiţiile de viaţă din Antarctica (1900-1903) şi din mediul subteran (1907-1929). El întemeiază o nouă ramură a ecologiei, biospeologia, ca ştiinţă a interrelaţiilor dintre organisme şi mediul cavernivol. În domeniul ecologiei vegetale amintim pe I. Prodan şi Al. Borza, creatorii geobotanicii (ştiinţă care studiază răspândirea plantelor pe suprafaţa pământului în corelaţie cu factorii ecologici) româneşti. Al. Borza este şi întemeietorul Grădinii Botanice din ClujNapoca. Interacţiunile dintre plantele terestre şi fungii patogeni au fost studiate de Tr. Săvulescu şi P. Enculescu. Dintre continuatorii lui Antipa, amintim pe acad. M. Băcescu, acad. N. Botnariuc care are cercetări vizând limnologia (ecologia apelor continentale), şi anume ecologia unor bălţi din lunca inundabilă a Dunării inferioare. Promotorul studiilor de ecologie a animalelor terestre în România este A. PopoviciBâznoşanu. Cartea de ecologie scrisă de N. Botnariuc şi A. Vădineanu (1982) rămâne una de referinţă pentru literatura de specialitate românească. În domeniul ecosistemelor agricole au avut contribuţii remarcabile: I. Puia, V. Soran, D. Şchiopu, I. Coste, I. Rotaru. După cel de-Al Doilea Război Mondial, cercetări de ecologie au fost efectuate de: E. Andriescu, P. Bănărescu, C. Bândiu, N. Bercea, N. Boscaiu, Gh. Coldea, V. Decou, N. Doniţă, Al. Filipaşcu, L. Ghinea, I. Giurgiu, S. Godeanu, St. Gyurko, Al. Ionescu, D. Ivan, D. Munteanu, L. Munteanu, A. Murgoci, M. Olteanu, P. Papacostea, L. Peterfi, V.V. Pop, I. Popovici, G. Racoviţă, V. Simionescu, B. Stugren, N. Băbeanu, M. Berca, I. Borza, C. Cotigă, N. Dumitrescu, I. Olteanu, A. Penescu, H. Rădulescu, T. Şchiopu, M. Ştirban. Desigur că lista numelor româneşti care au contribuit la dezvoltarea ecologiei ca ştiinţă ar putea continua.

10

Partea I NOȚIUNI DE ECOLOGIE GENERALĂ Capitolul 2

SISTEME BIOLOGICE 2 . 1 . Semnificaţia conceptului de sistem în ecologie şi clasificarea sistemelor Substanţa vie, ca şi întregul univers, este organizată în sisteme. Conceptul de “sistem” reprezintă ansamblul de elemente, identice sau diferite, aflate în interacţiune, constituind un întreg organizat (exemple: sistemul solar, organismul viu, sistemul de lucrare a solului etc.). Elementele care compun sistemul pot fi obiecte (exemplu: planetele din sistemul solar), fenomene, simboluri, elemente tehnologice etc. In sistemul biologic elementele componente ale sistemului sunt: atomii, moleculele, celulele, ţesuturile, organele, organismele, populaţiile etc. Conform concepţiei sistemice, întreaga materie vie sau nevie, este organizată în sisteme ierarhizate şi în interacţiune: orice sistem este alcătuit din subsisteme şi, la rândul său, este o parte (un subsistem) în cadrul unui sistem mai cuprinzător. Prigogine a clasificat sistemele din punctul de vedere al schimbului de materie şi energie cu mediul în trei categorii: Sisteme izolate – nu schimbă cu mediul nici materie, nici energie. Sunt sisteme realizate numai teoretic, pentru experienţe conceptuale asupra transformărilor fizice ale materiei, în condiţii de stare neinfluenţată prin variaţiile mediului. Ex.: o fiolă închisă ermetic şi introdusă într-un bloc de plumb cu pereţi foarte groşi. Sisteme închise – schimbă cu mediul numai energie. De exemplu: un vas cu apă, închis ermetic, cedează sau primeşte căldura mediului înconjurător. În natură nu se găsesc sisteme absolut închise. Sisteme deschise – realizează atât schimburi materiale cât şi energetice cu mediul. Toate sistemele din natură (vii şi nevii) aparţin acestei categorii. Exemple: o stâncă, un nor, un lac de câmpie, un ţărm de mare, un recif de coralieri, o pădure etc. [Vădineanu şi Botnariuc, 1982]. 2 . 2 . Însuşirile generale ale sistemelor biologice Sistemele biologice sunt sisteme deschise care au capacitatea de a transforma factorii de mediu în factori specifici. Astfel, schimburile de substanţă şi energie din cadrul acestor sisteme devine o condiţie esenţială a existenţei sistemului. Toate sistemele biologice prezintă o serie de trăsături care le deosebesc de cele deschise, nebiologice. Aceste trăsături s-au perfecţionat de-a lungul evoluţiei lor. a.) Caracterul istoric In sistemele biologice, pentru a putea explica organizarea şi structura, nu este suficientă cunoaşterea parametrilor la un moment dat, ci trebuie cunoscută şi istoria sistemului luat în studiu. De pildă, pentru a explica structura şi modul de funcţionare a unui organism sau a unei populaţii trebuie cunoscute etapele apariţiei lor, adică istoria lor. 11

b.) Caracterul informaţional Sistemele biologice sunt informaţionale, adică sunt apte să recepţioneze, să prelucreze, să stocheze şi să transmită informaţii către alte sisteme. Recepţia şi transmiterea se poate face pe căi fizice (sunete, culori etc.), chimice (mirosuri, substanţe chimice din sol, din apă sau eliminate în mediu), fiziologice (comportamente diferite, gesturi sau alte activităţi). Informaţia este codificată într-un mod caracteristic sistemului dat, codul fiind specific fiecărei categorii de sisteme. Pentru indivizii biologici – acest cod este determinat de structura acizilor nucleici; la populatie el este determinat de natura (poziţia filogenetică), structura şi modul de funcționare a populaţiei. Un alt aspect important al caracterului informaţional al sistemelor biologice îl reprezintă fidelitatea informaţiei recepționate sau transmise. Un mijloc frecvent de asigurare a fidelităţii constă în repetarea informaţiei, fenomen denumit redundanţă. Astfel, la nivel individual, fiecare tip de cromozom este în dublu exemplar, adică în fiecare celulă se repetă toată garnitura cromozomică. La nivelul individului se repetă, în linii mari, structura genotipului iar la nivelul populaţiei se repetă, mai mult sau mai putin fidel, patrimoniul genetic al speciei. Redundanţa excesivă, deci repetarea excesivă a mesajului, poate fi uneori inutilă sau chiar dăunătoare putând produce alterarea informaţiei (poliploidia, suprapopulaţia). De aceea tendinţa generală a sistemelor biologice este de a realiza redundanţa optimă, care să asigure fidelitatea necesară cu minimum de pierderi. În ameliorarea plantelor şi animalelor, unele dintre aceste fenomene, precum poliploidia, pot fi exploatate în favoarea omului. Poliploidia este frecvent întâlnită la plante şi indică prezenţa, în celulele somatice, ţesuturi şi indivizi, a trei seturi de bază de cromozomi (triploizi, 3x), patru (tetraploizi, 4x) cinci (pentaploizi, 5x) etc., în loc de două ca la indivizii normali, diploizi. La o serie de plante cultivate (grâu, ovăz, cartof, măr, viţă de vie, specii ornamentale etc.) s-au obţinut, prin ameliorare, soiuri poliploide care prezintă o creştere a volumului nucleului şi a dimensiunilor celulelor. Această creştere este corelată cu un habitus mai mare a organismelor respective, uneori organe vegetative şi fructe mai voluminoase, comparativ cu organismele diploide [Teofil, 1981]. Studiile de citoecologie demonstrează existenţa unei relaţii între constituţia cariologică a speciilor vegetale şi distribuţia lor geografică. Polipolizii asigură speciilor rezistenţă sporită la condiţii ecologice extreme şi o capacitate de competiţie interspecifică mult mai ridicată. Astfel, proporţia poliploizilor va creşte, de regulă, odată cu creşterea latitudinii şi altitudinii [Cristea și colab., 2004.]. Numeroase cercetări arată că, speciile poliploide au supravieţuit mult mai bine glaciaţiunilor, comparativ cu cele diploide [Tarnavschi, 1948; Bănărăscu şi Boşcaiu, 1973 etc.]. Poliploidia asigură fitoindivizilor o capacitate de competiţie interspecifică superioară, manifestând tendinţe de expansiune (exemplu: romaniţa – Matricaria inodora – la care poliploizii, mult mai “agresivi”, au invadat preerile Canadei, în timp ce, diploizii sunt întâlniţi doar în regiunea maritimă a ţării) [Milligan, citat de Cristea 1991]. Trebuie menţionat că, sistemele biologice, cu toate mijloacele create de-a lungul evoluţiei lor, nu realizează o fidelitate absolută nici în recepţionarea, nici în transmiterea informaţiei. Acesta este considerat un rău necesar, deoarece erorile în copierea informaţiei genetice (mutaţiile) reprezintă o sursă de evoluţie, prin selecţia erorilor „pozitive” care vor permite, la un moment dat, adaptarea la noile condiţii de mediu. Cu cât un sistem este mai bine organizat cu atât el conţine o cantitate mai mare de informaţie (exemplu: bacterii - vertebrate). c.) Integralitatea Un sistem, pentru a-şi îndeplini funcţiile, este necesar să-şi menţină integralitatea, adică să-şi păstreze subsistemele componente. Lipsa unuia dintre elementele componente conduce, în final, la distrugerea sistemului. Sistemele biologice, alcătuite din numeroase părţi componente, se comportă faţă de factorii de mediu ca un întreg. Sistemul integrator posedă însuşiri noi faţă de cele ale părţilor componente. Sistemele biologice nu sunt aditive adică nu sunt simple însumări ale însuşirilor 12

părţilor componente. Noile însuşiri ale sistemului provin din interacţiunile părţilor componente. O populaţie are însuşiri diferite şi noi faţă de organismele din care este alcătuită (longevitate nedefinită, o anumită structură pe vârste, pe sexe, structură genetică etc.). O biocenoză are însuşiri diferite de cele ale populaţiilor componente. Relaţia de simbioză între unele alge şi ciuperci dau naştere la un întreg grup sistematic de plante – lichenii, cu însuşiri total diferite faţă de fiecare component luat în parte. O altă consecinţă a integralităţii constă în faptul că un element component al întregului, integrat în sistem, are alte însuşiri decât în afara sistemului. Astfel, un erbivor care aparţine unui grup devine mult mai vulnerabil la prădători în cazul izolării de comunitate. Un rozător în captivitate, în tensiunea stresului, este mai rezistent la pesticide decât în condiţiile lui naturale. d.) Echilibrul dinamic Echilibrul dinamic reprezintă starea caracteristică sistemelor biologice şi se manifestă prin menţinerea stării de stabilitate a acestora. Este consecinţa însuşirii fundamentale a sistemelor deschise de a întreţine un permanent schimb de substanţă şi energie cu sistemele înconjurătoare. Acest echilibru se realizează prin compensarea metabolică a pierderilor energetice şi materiale. Prin acest echilibru dinamic se realizează homeoestazia, adică proprietatea organismelor de a-şi menţine între limite foarte strânse, diferitele constante ale mediului intern (de exemplu, organismul uman îşi menţine temperatura în jur de 36,4°C). La nivel de populaţie, biocenoză, ecosistem şi toate celelalte sisteme biologice, ca urmare a echilibrului dinamic, acestea se menţin cu aproximaţie între aceleaşi limite. La sistemele lipsite de viaţă, aceste relaţii cu mediul duc treptat la dezorganizarea sistemului şi deci, la dispariţia lui ca sistem (de exemplu, stânca sub acţiunea picăturii de ploaie). e.) Programul Programul constă într-un set de reacţii ale sistemului la diferite condiţii de mediu. Relaţiile sistemelor biologice cu mediul presupun capacitatea fiecărui sistem de a realiza diferite stări. Un program reprezintă tocmai una dintre stările posibile ale unui sistem biologic sau modul cum reacţionează un sistem biologic, ca urmare a schimbărilor survenite în mediul său. Deoarece un sistem are mai multe stări posibile, înseamnă că are mai multe programe. De exemplu, în condiţii de uscăciune seminţele se menţin în stare de repaus, în timp ce, în condiţii de umiditate adecvată şi temperaturi corespunzătoare germinează; în condiţii de temperaturi ridicate şi umiditate scăzută, frunzele de porumb se răsucesc, însă dacă temperaturile scad şi umiditatea este suficientă, frunzele revin la starea lor normală. f.) Heterogenitatea Orice sistem biologic este alcătuit din elemente (subsisteme) mai mult sau mai puţin diferite. Între elementele componente ale sistemului biologic se manifestă corelaţii. Cu cât sistemul este mai complex, cu atât corelaţiile sunt mai numeroase, ceea ce are ca efect creşterea eficienţei autocontrolului sistemului dat şi a stabilităţii lui. Sistemele biologice nu tind spre un grad de heterogenitate maximă ci optimă. Heterogenitatea indivizilor unei populaţii permite supravieţuirea sa în condiţii nefavorabile (de exemplu, supravieţuirea gândacului de Colorado la tratamentele cu insecticide). g.) Autoreglarea Această însuşire este comună tuturor sistemelor biologice şi reprezintă un principiu esenţial al ciberneticii. Orice sistem biologic, ca orice sistem cibernetic, este organizat într-un mod care să-i permită: receptarea informaţiei si prelucrarea ei, în urma căreia sistemul reacţionează la stimuli în sensul autoconservării. Legătura dintre dispozitivul de receptare (receptor) şi dispozitivul efector se numeşte conexiune directă, iar cea dintre efector şi receptor poartă numele de conexiune inversă (feedback). “Feedback”-ul (conexiune inversă) este deci un autocontrol al sistemului, care îi dă posibilitatea de a se opune la perturbările aleatoare ale mediului (fig. 2). In lumea vie toate funcţiile principale ale unui organism, ale unei populaţii sau 13

biocenoze sunt continuu controlate prin sisteme de tip feedback. Exemple de autoreglare în organism: concentraţia de glucoză în sânge, menţinerea temperaturii corpului, a presiunii sângelui etc. Autoreglarea la nivelul ecosistemelor: numărul indivizilor dintr-o populaţie prin relaţia pradă – prădător sau alte mecanisme. O populaţie poate răspunde la acţiunea unui duşman sau la modificarea cantităţii hranei în diferite moduri: modificarea ritmului reproducerii, a prolificităţii, a structurii pe vârste, pe sexe etc.. Conexiune directă Stimuli

R

C.c

E

R

Răspuns

E

Conexiune inversă

R C.c E

- dispozitivul de recepție - centrul de comandă - dispozitiv efector

Fig. 2. Schema autocontrolului [Botnariuc și Vădineanu, 1982]

2 . 3 . Sisteme studiate de ecologie Orice sistem este alcătuit din subsisteme şi face parte dintr-un sistem mai vast. Dintre sistemele studiate de ecologie menţionăm: organismul, populaţia, biotopul şi habitatul, biocenoza, ecosistemul, biomul şi biosfera. A.)

Organismul sau individul

Organismul reprezintă un mod fundamental de organizare a materiei vii si are ca lege specifică metabolismul (schimburi materiale şi energetice cu mediul), funcție esenţială a indivizilor. Acest proces permite integrarea organismului în mediul său ambiant. Datorită metabolismului se asigură capacitatea biosistemelor din nivelurile supraindividuale de a acumula şi transfera materie, energie şi informaţie. Prin indivizi se face întregul schimb de substanţă şi energie cu mediul şi de aceea este considerat veriga de bază în organizarea materiei vii. Individul poate exista numai în contextul populaţiei şi al speciilor şi orice fenomen care se petrece la nivelul său se reflectă, într-o măsură mai mare sau mai mică, la nivelul populaţiei, biocenozei şi ecosistemului. Comparativ cu celelalte niveluri de organizare a materiei vii, indivizii biologici au cea mai pronunţată integralitate. B.) Populaţia Populaţia reprezintă totalitatea indivizilor din aceeaşi specie, care trăiesc pe un teritoriu bine delimitat si este treapta supraindividuală cea mai simplă de organizare a sistemelor vii (exemplu: merii dintr-o plantație; toate insectele de Anthonomus pomorum din plantaţia respectivă; populația de Taraxacum officinalis din livadă etc.). Descrierea formală a populaţiei se poate face prin caracterizare numerică şi prin 14

stabilirea densităţii populaţiei. Densitatea populaţiei exprimă numărul sau biomasa (cantitatea de substanţă organică acumulată în unitatea de timp) indivizilor unei populaţii pe unitatea de suprafaţă şi volum. Din acest punct de vedere putem întâlni situaţii de supraaglomerare, când populaţia depăşeşte capacitatea de suportare a spaţiului și subaglomerare, când densitatea este mai mică decât cea pe care spaţiul este capabil să o suporte. Consecinţele supraaglomerării sunt: declanşarea luptei pentru existenţă; etiolarea plantelor; epuizarea rezervelor de apă şi substanţe nutritive din sol sau eliminarea celor mai productive animale care sunt şi mai vulnerabile; izbucnirea epidemiilor, din pricina şanselor mai mari de contact a indivizilor sănătoşi cu cei bolnavi, pe de o parte, şi a micşorării rezistenţei la boli din cauza subnutriţiei; crearea celor mai favorabile condiţii (microclimat umed) pentru realizarea infecţiilor bacteriene şi micotice la plante; distrugerea covorului vegetal, urmată de degradarea biotopului, în cazul supraexploatării păşunilor. Subaglomerarea poate conduce la: micşorarea riscului de apariţie a epidemiilor; lipsa unei valorificări superioare a terenului fertilizat în vederea obţinerii de producţii agricole; eliminarea posibilităţii de refacere a populaţiei, atunci când efectivul de indivizi este prea redus. Aşadar, atât supraaglomerarea cât şi subaglomerarea sunt nefavorabile supravieţuirii populaţiilor, de aceea, în ecosistemele naturale fiecare populaţie tinde spre o densitate optimă. Din păcate, omul a dereglat mecanismele de control ale populaţiilor. Exemplu: creşterea excesivă a efectivului de animale domestice din savanele africane, ferite de atacul animalelor carnivore, care a condus la distrugerea păşunilor prin suprapăşunat, iar în final la deşertificare. Dinamica populaţiei este variaţia în timp a efectivului, densităţii şi structurii de vârstă a populaţiei. Parametrii ce caracterizează dinamica populaţiei, dacă o considerăm un sistem închis, fără pierderi şi imigrări, sunt: rata natalităţii, rata mortalităţii şi coeficientul creşterii numerice. Prin rată înţelegem raportul dintre o creştere sau scădere şi mărimea faţă de care are loc creşterea, respectiv scăderea în unitatea de timp. Rata natalităţii se exprimă prin relaţia: Rn = n/N în care: Rn = rata natalităţii n = numărul de indivizi născuţi N = efectivul populaţiei Distingem la acest parametru o natalitate fiziologică, atunci când aceasta depinde doar de potenţialul biotic (capacitatea populaţiei de a produce urmaşi viabili) al populaţiei şi o natalitate ecologică care este şi cea reală, dependentă de condiţiile de mediu. În evoluţie, nu sunt favorizate populaţiile care asigură doar natalitate maximă dacă nu realizează şi supravieţuirea maximă. Rata mortalităţii se exprimă matematic astfel: Rm = m/M în care: Rm = rata mortalităţii m = numărul de indivizi morţi M = efectivul populaţiei Dacă mortalitatea ar depinde numai de uzura organismului şi de factorii fiziologici am putea vorbi de o mortalitate fiziologică. În realitate, mortalitatea este una ecologică, deoarece moartea indivizilor este strâns legată de condiţiile de mediu. Coeficientul creşterii numerice rezultă din diferenţa dintre natalitate şi mortalitate, după relaţia: q = n – m în care: q = coeficientul creşterii numerice n = numărul de indivizi născuţi 15

m = numărul de indivizi morţi Adesea se foloseşte rata creşterii numerice, după formula: Rq = Rn – Rm în care: Rq = rata creşterii numerice Rn = rata natalităţii Rm = rata mortalităţii Rata creşterii numerice este dependentă atât de potenţialul biotic al populaţiei cât şi de condiţiile de mediu. C.) Biotopul şi habitatul Biotopul este locul (spaţiul) de trai al unei biocenoze [Odum, 1971], iar habitatul este mediul de trai al speciei (populaţiilor şi chiar al organismului individual) [Puia şi Soran, 1984]. Elementele componente ale biotopului provin si aparţin litosferei, hidrosferei si atmosferei. Particularităţile fiecărui biotop condiţionează existenţa unui anumit tip de biocenoză. Factorii abiotici nu au valori constante ci variază în timp şi spaţiu. Aceste variaţii pot avea caracter de regim sau caracter perturbator. Din prima categorie fac parte: alternanţa zinoapte, succesiunea anotimpurilor, mareele etc. Aceste fenomene au variaţii periodice, cu o anumită frecvenţă, de o anumită amploare. Limitele între care oscilează aceste variaţii devin limite de toleranţă ale populaţiei sau speciei faţă de factorul dat. Efectul ecologic al factorilor cu caracter de regim constă în adaptare, prin acţiunea selecţiei naturale. Variaţiile neregulate, perturbatoare ale factorilor abiotici depăşesc ca amploare limitele variaţiilor de regim (exemple: furtunile, uraganele, cutremurele, vulcanii etc.) şi conduc la eliminarea unui număr mare de indivizi, uneori chiar catastrofală. Dacă numărul indivizilor din populaţie este redus sub o anumită limită, care nu-i mai permite refacerea, poate să dispară. Dacă populaţia se reface, pornind de la un număr mic de indivizi, genotipul noii populaţii poate fi diferit de cel al populaţiei iniţiale, modificându-se şi relaţiile ei cu alte populaţii. Factorii abiotici şi efectele lor ecologice sunt prezentate pe larg în subcapitolul 3.1. D.) Biocenoza Termenul de biocenoză (lb. greacă, bios = viaţă; koinos = comun), introdus în ştiinţă de către Karl Mőbius, reprezintă un sistem (grupare) de indivizi biologici din diferite specii ataşaţi unui anumit biotop. Exemplu de biocenoză într-o plantaţie de măr: o populaţie de meri, o populatie de A. pomorum (gărgăriţa florilor de măr), o populatie de V. inaequalis (rapăn), o populatie de Sonchus arvensis (buruiană anuală), o populație de Lumbricus terrestris (râmă) etc.. Toate acestea alcătuiesc biocenoza din livada respectivă. Sukacev (1961) consideră că biocenoza este alcătuită din: fitocenoză (totalitatea plantelor superioare), zoocenoză (totalitatea speciilor de animale consumatoare de substanţă organică) şi microbiocenoză (microfloră, microfaună, microorganisme). Un loc central în structura biocenozei îl ocupă fitocenoza. Exprimarea unor raporturi cantitative precum şi stabilirea relaţiilor de grupare dintre speciile unei biocenoze, poate fi făcută prin folosirea unor indici (frecvenţa, abundenţa, dominanţa, echitabilitatea, afinitatea, diversitatea etc.). Pentru studierea, sub aspect cantitativ, a diversităţii ecologice a biocenozelor se vor stabili: - numărul total de specii din biocenoză; - numărul total de indivizi, biomasa totală şi repartizarea pe specii; 16

- relaţiile dintre numărul de indivizi şi numărul speciilor din biocenoză. Importanța diversității agricole, atât interspecifică cât și intraspecifică, este una esențială pentru securitatea alimentară a omenirii pe termen lung (vezi subcapitolul 11.4.4.). Plecând de la constatarea că unele biocenoze, la un număr de indivizi egal, au număr foarte diferit de specii, Thienemann (1926) a formulat două principii biocenotice fundamentale: a.) Cu cât sunt mai variate condiţiile de existenţă dintr-un biotop, cu atât va fi mai mare numărul de specii ale biocenozei. Astfel, în Delta Dunării, datorită diversității habitatelor (dune de nisip, plauri, ape curgătoare, bălți, heleștee, lacuri, păduri etc.) și numărul speciilor va fi mai mare, comparativ cu Câmpia Bărăganului unde biotopul fiind mai uniform și biodiversitatea este mai redusă. b.) Cu cât sunt mai uniforme condiţiile de existenţă dintr-un biotop, cu atât biocenoza va fi mai săracă în specii, dar acestea vor fi reprezentate de efective mai mari. Spre exemplu, într-un sol sărăturat sau poluat vor rezista numai speciile halofite, respectiv cele rezistente la elementul respectiv. Aşadar, diversitatea speciilor va fi săracă. Un al treilea principiu a fost formulat de Franz [Tischler, 1975]: c.) Cu cât condiţiile de mediu dintr-un biotop au avut continuitate mai mare în dezvoltarea lor, cu cât au fost mai mult timp omogene, cu atât comunitatea de specii este mai stabilă şi mai omogenă. De exemplu, pe o suprafaţă în pantă, supusă eroziunii, vegetaţia se va modifica în funcţie de gradul de eroziune, spre deosebire de terenurile nesupuse eroziunii, unde comunitatea de specii se menţine nemodificată timp mai îndelungat. Principiile biocenotice fundamentale prezentate mai sus arată că numărul de specii se află în relaţie de inversă proporţionalitate cu numărul de indivizi. Cu cât numărul de specii va fi mai mare, cu atât numărul indivizilor va fi mai mic, deoarece în condiţii optime de biotop vor găsi condiţii de creştere şi dezvoltare mai multe specii însă acestea nu vor putea realiza efective populaţionale foarte mari, din cauza luptei pentru existenţă (exemplu: biodiversitatea extrem de bogată din pădurile ecuatoriale). Din contra, atunci când biotopurile sunt neuniforme, cu condiţii vitrege de viaţă, ele vor „găzdui” numai acele specii care pot suporta condiţiile respective. Numărul acestor specii va fi, desigur, mai mic iar lupta pentru existenţă fiind mai redusă se vor realiza efective populaţionale mai mari. Relaţiile homotipice şi heterotipice din cadrul biocenozelor sunt prezentate detaliat la subcapitolul 3.2. E.) Ecosistemul Ecosistemul este unitatea structurală şi funcţională a ecosferei ce cuprinde biocenoza si biotopul. Ecosistemele sunt sisteme dinamice ale biosferei în care speciile sunt producătoare si consumatoare, între ele stabilindu-se relaţii sub formă de lanţuri si reţele trofice. Ecosistemele sunt unităţi funcţionale ale biosferei în care viaţa şi mediul sunt inseparabil reunite într-un spaţiu restrâns. Ecosistemul integrează într-un tot unitar biocenoza (componenta vie) şi biotopul (componenta nevie). Aceste două componente se întrepătrund atât de puternic încât separarea lor în spaţiu este imposibilă. De exemplu, o pădure, un parc, o cultură agricolă sunt ecosisteme alcătuite din biocenoză (plante, animale, microorganisme) şi biotop (spaţiul ocupat de biocenozele respective). Ecosistemul posedă o definită structură internă şi un ciclu intern al materiei, un ciclu biogeochimic local. O băltoacă temporară cu apă de ploaie în pădure nu este un ecosistem, fiindcă nu posedă un ciclu biogeochimic propriu, ci numai o parte din ciclul biogeochimic local al ecosistemului de pădure. Băltoaca nu este ecosistem deoarece este împiedicată formarea unor conexiuni stabile între vieţuitoare şi mediu. Ecosistemele se pot clasifica în patru grupe mari: - ecosisteme marine 17

- ecosisteme de ape interioare - ecosisteme terestre - ecosisteme antropogene F.) Biomul Biomul (ecosistem major) este formaţiunea biotică majoră alcătuită din mai multe ecosisteme cu structură generală asemănătoare, determinate de zonele latitudinale ale planetei. Noţiunea de biom se aplică atât la mediile de viaţă terestre cât şi la cele acvatice. Biomurile terestre se recunosc mai ales datorită plantelor, corespunzând zonărilor geografice. Biomurile descrise pe Terra sunt următoarele (fig. 3): I.) Biomurile acvatice continentale: 1. biomul lotic (sau reofil) al izvoarelor şi apelor curgătoare 2. biomul lacustru (sau lentic) - al lacurilor 3. biomul palustru - al bălţilor 4. biomul mlaştinilor 5. biomul deltaic, inclusiv mangrovele (vegetaţie tropicală de arbori şi arbuşti cu rădăcini adventive, caracteristică ţărmurilor marine mlăştinoase) II.) Biomurile marine şi oceanice: 1. biomul marin 2. biomul oceanic III.) Biomurile terestre: 1. biomul deşerturilor: a. tropicale şi subtropicale; b. temperate; c. nivo-glaciare; 2. biomul savanelor. Savana este o asociaţie vegetală specifică zonelor subtropicale şi este formată din ierburi înalte şi tufişuri rare de arbuşti spinoşi şi arbori. Cuprind zone ale Americii de Sud, Africii, Australiei şi Indiei. Savana este creaţia celor două anotimpuri: cel ploios (vara) şi cel secetos (iarna). În timpul sezonului ploios vegetaţia este luxuriantă, iar în perioada secetoasă aceasta moare, terenul devenind arid. 3. biomul stepelor. Stepa este o întindere de pământ arid (tipică Asiei şi Europei orientale) cu vegetaţie compusă din graminee, tufişuri, plante spinoase etc.. 4. biomul formaţiunilor lemnoase din zonele tropicale şi subtropicale: a. păduri tropicale umede sempervirescente (păduri ecuatoriale, caracterizate prin precipitaţii abundente în tot timpul anului; vegetaţie luxuriantă, cu multe straturi, bogate în liane şi specii epifite; răspândite în zone din America de Sud, Africa, Asia); b. păduri tropicale cu frunze căzătoare; c. păduri subtropicale umede (reprezentate de păduri subtropicale umede și întinse care populează zone din America de Nord – Florida – Africa de Sud, insulele Canare, Madagascar, Estul Chinei, sudul Japoniei, Noua Guinee, sud-estul Australiei, Tasmania, Noua Zeelandă); d. păduri şi tufărişuri subtropicale xerofite, cu frunze dure şi mate. 5. biomul formaţiunilor lemnoase din zona temperată: a. păduri şi tufărişuri cu frunze căzătoare; b. păduri de conifere. 6. biomul pădurilor de conifere boreale (taigaua) – regiune împădurită, formând o centură boreală de conifere şi mesteceni, situată între zonele arctice acoperite de tundră şi zonele acoperite de stepă. Este o zona lată care se întinde peste toată Siberia, peninsula Scandinavă, Scoţia şi continuă în America de Nord. Precipitaţiile anuale variază între 250 şi 1000 mm/an. Acestea, combinate cu temperaturi joase, creează condiţii bune de umiditate; 7. biomul tundrelor care include tundrele arctice şi cele alpine: 18

a.) arctice (peisaj climatic extrem, din regiunea arctică) este caracterizat ca zonă de graniţă a copacilor, cu perioadă scurtă de vegetaţie, secondaţi de tufişuri şi arboret pitic cu sol care se topeşte pe timp de vară, pe câţiva centimetri, în timp ce stratul inferior rămâne îngheţat. Aici există temperaturi scăzute şi vara şi precipitaţii de 25 mm/an. Sunt zone bogate în petrol şi minereuri. b.) alpine - etaj bioclimatic situat la limita superioară a etajului alpin, la altitudini de peste 2200 m, cu condiţii foarte grele pentru vegetaţie; temperatura medie anuală este de - 2 oC, precipitaţiile peste 1200 mm/an, iar perioada de vegetaţie de 70 zile/an. IV.) Biomul subteran, cu viaţa din peşteri, grote şi din reţeaua interstiţială, faună care se dezvoltă în golurile nisipoase; microfaună a sistemului nisipos al litoralurilor marine şi al apelor dulci.

19

Fig. 3. Harta vegetaţiei Globului. [Brockmann şi colab., 1968]. 1. Mangrove, 2. Păduri tropicale umede sempervirescente, 3. Păduri tropicale cu frunze căzătoare şi păduri tropicale xerofile, 4. Păduri subtropicale umede, 5. Savana cu arbori, 6. Savana cu ierburi, 7. Păduri şi tufărişuri sempervirescente cu frunze dure mediteraneene, 8. Deserturi, 9. Semideşertuiri, 10. Stepele din zona temperată, 11. Silvostepe, 12. Păduri de foioase caducifoliate din zona temperată, 13. Păduri mixte de foioase si de conifere boreale, 14. Păduri de conifere

boreale, 15. Silvotundra, 16. Tundra, 17. Tundra montană, 18. Vegetaţie alpină seminivală, 19. Vegetaţia ierboasă xerofilă montană din zona caldă, 20. Deserturi reci nivoglaciare

31

G.) Biosfera In sens strict biologic biosfera cuprinde numai învelişul vitalizat al Pământului, adică numai partea crustei terestre locuită de organisme; altfel spus, biosfera cuprinde totalitatea ecosistemelor de pe Pământ. Biosfera se extinde în spaţiu până unde se găsesc substanţe biogene (materiale rezultate prin activitatea organismelor). Ea se întinde câţiva metri în profunzimea solului si câteva mii de metri în atmosferă, mări și oceane. Biologii moderni recunosc în lumea vie trei domenii cu şase regnuri: primul domeniu şi regn este Bacteria şi include speciile unicelulare fără nucleu propriu-zis; al doilea domeniu şi regn este Archaea, considerat ca fiind evoluţionar distinct, reuneşte specii asemănătoare bacteriilor care trăiesc adesea în condiţii de mediu extreme; al treilea domeniu este Eucarya, specii cu nucleu propriu-zis, domeniu care include patru regnuri: Protista, Fungi, Animalia şi Plantae. Regnul Animalia are cel mai mare număr de specii, iar domeniile Bacteria şi Archaea sunt cele mai puţin cunoscute [Primack și colab., 2002]. Principalele încrengături ale regnului vegetal sunt - talofitele, muşchii, pteridofitele, gimnospermele şi angiospermele – iar ale regnului animal - protozoarele, spongierii, celenteratele, viermii, moluştele, artropodele, echinodermele şi cordatele. Regnul vegetal cuprinde aproximativ 300 mii specii iar regnul animal aproximativ 1.385.000 specii. Este vorba, desigur, de specii cunoscute şi descrise. In regnul vegetal se remarcă numărul mare al angiospermelor iar în regnul animal numărul mare al artopodelor (încrengătura de nevertebrate - insecte, acarieni). In ecologie se utilizează tot mai frecvent termenul de ecosferă pentru a sublinia unitatea între biosferă în sens strict (totalitatea organismelor vii) și substratul ei abiotic (toposferă). Capitolul 3

FACTORII ECOLOGICI 3.1. Factorii abiotici Mediul este constituit din anumite componente care acţionează asupra organismelor, influenţându-le manifestările vitale. Din categoria factorilor abiotici fac parte: factorii fizici (factorii climatici - temperatura, lumina, apa, umiditatea - și focul), factorii geografici (panta, altitudinea, expoziţia), factorii mecanici (vântul, mişcările apei), factorii chimici (azotul, oxigenul, bioxidul de carbon, pH-ul, salinitatea, substanţele minerale din sol). În explicarea acţiunii factorilor abiotici asupra vieţuitoarelor vom menţiona numai acţiunea de factor limitant aplicabilă tuturor factorilor abiotici, atât pentru limita lor inferioară cât şi pentru cea superioară. Cele două extreme delimitează, pentru fiecare organism, optimul său de dezvoltare. Conform Legii minimului, formulată de von Liebig (1840) “dezvoltarea plantei este dependentă în primul rând de acel element chimic din sol care are concentraţia cea mai scăzută”. Aşadar, planta nu se va dezvolta normal chiar dacă toate celelalte elemente chimice esenţiale se găsesc în cantitate suficientă. Această lege este valabilă şi pentru lumea animală, acvatică sau terestră. De exemplu, în absenţa cuprului, cobaltului şi a manganului din hrană, vitele vor suferi de boli fiziologice grave. Factorii abiotici exercită o acţiune de selecţie a speciilor ce urmează să compună biocenoza, oferindu-le şanse diferite de supravieţuire; este ceea ce putem numi filtru de biotop [Puia şi colab., 2001].

21

3.1.1. Factorii climatici Factorii climatici fac parte din categoria celor fizici, alături de foc. În prezenta lucrare se va insista asupra temperaturii, luminii și apei ca factori ecologici. 3.1.1.1. Temperatura Temperatura este unul dintre factorii ecologici principali cu rol limitativ pentru structura biocenozelor şi este condiţionată de poziţia geografică pe glob, expoziţie, pantă etc.. Pentru o anumită specie, temperatura optimă este temperatura la care creşterea şi dezvoltarea se face cu pierderi minime de energie. Deoarece toate procesele metabolice sunt de natură enzimatică, iar enzimele funcţionează cu randament optim într-o anumită zonă a variaţiei termice, temperatura optimă va fi tocmai temperatura din această zonă. Astfel, în diferite faze de dezvoltare individuală (ex. ou, larvă, pupă, adult) şi activităţile enzimatice esenţiale sunt diferite, prin urmare, temperatura optimă va fi şi ea diferită. Trebuie precizat faptul că, populaţiile sunt adaptate la un anumit regim termic optim, deci la o anumită amplitudine a variaţiilor de temperatură şi nu la o anumită temperatură constantă. La diferite specii dezvoltarea are loc numai începând de la o anumită temperatură numită temperatura zero a dezvoltării (t0). Sub această temperatură, dezvoltarea nu mai are loc. Temperaturile situate deasupra lui zero ecologic şi la care dezvoltarea se desfăşoară normal, poartă numele de temperatură eficientă sau temperatură efectivă şi reprezintă diferenţa dintre temperatura la care se află organismul (t) şi temperatura zero a dezvoltării (t 0). Pentru a-şi desăvârşi dezvoltarea, fiecare specie are nevoie de o anumită sumă a temperaturilor efective, sumă cunoscută în ecologie sub denumirea de constantă termică (K). Această sumă reprezintă o caracteristică a speciei şi se poate calcula după formula : K = (t - t0) d unde d este numărul de zile. De aici rezultă că, pentru a face parte dintr-un ecosistem anume, fiecare organism trebuie să întrunească acea sumă a temperaturilor efective care să-i permită ajungerea la maturitate sexuală şi la producere de urmaşi. În caz contrar, specia nu se va putea instala în ecosistemul dat. Deci, temperatura reprezintă un factor important care poate limita răspândirea geografică a multor specii. Desigur că, relaţia dată este valabilă numai în condiţiile în care toţi ceilalţi factori sunt în limite normale. De exemplu, condiţiile de hrană nefavorabile pot prelungi durata de dezvoltare a individului, chiar dacă temperatura este corespunzătoare. Dacă suma temperaturilor efective este mai mare, unele specii pot avea două sau mai multe generaţii pe an, după condiţiile climaterice locale. La acarianul roşu al pomilor (Panonychus ulmi Koch) numărul generaţiilor într-un an variază în funcţie de temperatură astfel: majoritatea ţărilor europene cu climat continental 4-6, în regiunea centrală şi sudică a Bulgariei 9 generaţii pe an, iar în România 6 generaţii anuale [Manolache şi colab., 1978]. Aceste aspecte prezintă o importanţă deosebită pentru controlul dăunătorilor la plantele de cultură, deoarece pentru avertizarea stropirilor, unul dintre criteriile care se iau în considerare este criteriul ecologic. De exemplu, viermele merelor are zero biologic de 9°C, iar constanta termică pentru o generaţie însumează 624°C [Perju, 1995]. Desigur că, fiecărui stadiu de dezvoltare îi corespunde o anumită sumă a temperaturilor efective, inclusiv a stadiilor vulnerabile, în care se face tratamentul fitosanitar. În figura 4 se poate observa relaţia dintre temperatură şi durata dezvoltării speciei Laspeyresia pomonella. Astfel, dezvoltarea embrionară a viermelui merelor durează 6 zile la temperatura de 22,3°C, în timp ce, la 18,2°C se prelungeşte la 32 de zile [Lefter şi Minoiu, 1990].

22

Fig. 4. Relaţia dintre temperatură şi durata dezvoltării speciei Laspeyresia pomonella [Lefter şi Minoiu, 1990]

La plante, cerinţele faţă de temperatură variază în funcţie de faza de vegetaţie. Fiecărei fenofaze (dezmugurit, înflorit etc.) fiindu-i necesară o anumită sumă a gradelor de temperatură. La pomii fructiferi, deşi pragul biologic inferior este de aproximativ 6-8°C, iar la arbuştii fructiferi de 4-5°C, se utilizează mai frecvent suma globală a gradelor de temperatură, obţinută prin însumarea temperaturilor medii zilnice ce depăşesc 0°C, de la pornirea în vegetaţie până sfârşitul vegetaţiei sau o anumită fază de vegetaţie (tabelul 1). La viţa de vie, Oprea (1995) arată că, suma globală a temperaturilor pentru cultura economică a soiurilor de viţă de vie, cu maturare timpurie şi mijlocie a strugurilor, trebuie să fie de minim 2900°C, iar pentru cultura soiurilor cu maturare târzie de minim 3000 - 3200°C. Suma minimă a temperaturii efective pentru cultura soiurilor de viţă de vie (la t 0 = 10°C) cu maturare foarte timpurie este de 1000°C. Scăderea temperaturii sub zero biologic nu are efecte negative ireversibile, ci conduce doar la o stagnare a unor procese biologice care vor fi reluate odată cu revenirea la valori de temperatură active. Un alt indicator al temperaturii la viţa-de-vie este temperatura medie din luna cea mai caldă a anului care va da direcţia principală de producţie în podgoria respectivă, ştiut fiind că procesul de acumulare a zaharurilor în fruct este dependentă de temperatură, iar gradul alcoolic al vinului depinde de cantitatea de zahăr. Astfel, dacă temperatura medie a lunii celei mai calde nu depășește 17°C se pot realiza numai vinuri de consum curent; la peste 19°C, vinuri de calitate superioară; la peste 21°C, vinuri cu denumire de origine controlată (DOC) şi trepte de calitate (DOCC) [Oprea şi Cotea, 1995]. Depăşirea limitelor superioare sau inferioare de temperatură ale unei specii (populaţii) poate conduce la eliminarea acesteia din ecosistemul respectiv, chiar dacă ceilalţi factori abiotici se situează între limite normale. În anumite condiţii, unele organisme pot supravieţui acestor condiţii prin hibernare sau migrare. În cazul trecerii organismelor în stare de anabioză sau criptobioză (sporii unor bacterii sau ciuperci, seminţe de plante, ouă de 23

rezistenţă ale insectelor etc.) schimburile metabolice aproape încetează, spre a fi reluate în condiţii favorabile de temperatură şi umiditate. Tabelul 1 Suma gradelor de temperatură pentru unele specii pomicole [Dragomirescu, E., 1992] Specia

Cireş Prun Cais Piersic Zmeur Coacăz roşu Viţă de vie

Total perioadă de vegetaţie 2.400 - 3.700 2.900

Suma gradelor de temperatură Dezmugurit Înflorit 182,2 190,4 230,7 196,0 78,7 86,9 -

314,8 321,0 293,0 373,6 625,1 243,8 -

Coacerea fructelor 974,2 1218,4 1130,6 -

Limitele de toleranţă ale organismelor vii, privind rezistenţa la temperatură, sunt cuprinse între - 272°C la tardigrade (animale microscopice din iazuri, băltoace și alte habitate) [Bright şi colab., 2001] până la peste 100°C, la unele bacterii din apropierea izvoarelor sulfuroase vulcanice [Bourdial şi colab., 2002]. Creşterea biomasei şi creşterea numerică a speciei este posibilă între anumite valori-limită, adică între concentraţia minimă şi maximă a factorului limitativ, la care nu mai este posibilă realizarea funcţiilor vitale. Între aceste valori limită se întinde domeniul de toleranţă. Pentru agricultură cunoaşterea domeniului de toleranţă a insectelor dăunătoare este foarte utilă pentru strategia de combatere a paraziţilor vegetali. Astfel, păduchele din San Jose (Quadraspidiotus perniciousus) - dăunător polifag foarte periculos, mai ales pentru pomicultură - rezistă la temperaturi de - 18°C dar dacă acestea coboară la - 32°C proporţia indivizilor morţi poate ajunge până la 90% [Lefter şi Minoiu, 1990]. Ciclul evolutiv al bacteriilor şi ciupercilor fitopatogene este în strânsă legătură cu temperatura atmosferică. De exemplu, rapănul mărului (Venturia inaequalis) începe proiectarea eşalonată a ascosporilor din asce numai la temperaturi de peste 2°C [Bobeş, 1980; Pârvu, 2000]. Cunoaşterea ecologiei paraziţilor vegetali este esenţială în activitatea de prognoză şi avertizare. Chiar şi evoluţia unor fitovirusuri este influenţată de factorul temperatură. Maxim şi colab. (2002) constată că virusul Prune Dwarf (PDV) la cireş este mult mai afectat de temperaturile atmosferice negative din timpul iernii decât virusul Prunus necrotic ring spot (PNRSV). Cercetările aceloraşi autori arată că temperaturile ridicate (38 - 44,3°C) de la termoterapie inhibă într-o măsură mai mare replicarea virală şi migrarea virusului spre vârfurile de creştere la PDV, comparativ cu PNRSV. Temperaturile minime absolute sunt un factor important în stabilirea arealului culturilor. De exemplu, zonele sau localităţile cu temperaturi frecvente sub - 24°C sunt nefavorabile pentru cultura migdalului, caisului şi a piersicului, în timp ce, majoritatea soiurilor de măr prun şi vişin rezistă şi la temperaturi de - 35°C, fără a se înregistra pagube însemnate [Popescu şi colab., 1992]. Rezistenţa la temperaturi scăzute a plantelor de cultură este diferită nu numai de la o specie la alta ci şi de la un soi la altul şi de la un organ la altul. De pildă, mugurii floriferi de măr rezistă la -32...-40°C, în timp ce, florile deschise doar la -2...+2°C [Zăpârţan, 2004]. Gerurile care vin treptat sunt mult mai puţin dăunătoare decât cele care vin brusc deoarece permit desfăşurarea normală a proceselor de călire a pomilor. 24

Gerurile de revenire de la sfârşitul iernii, după perioade mai călduroase, sensibilizează de asemenea pomii la temperaturi scăzute. Un alt aspect extrem de important legat de influenţa temperaturii asupra plantelor de cultură este vernalizarea, acţiune a temperaturilor scăzute, dar pozitive, asupra desfăşurării fenomenelor morfologice ale florigenezei. Astfel, cerealele de toamnă nu vor înspica dacă seminţele germinate nu sunt ţinute la temperaturi cuprinse între 0 - 7°C timp de 25-80 de zile, în funcţie de originea soiurilor (nordică sau sudică). Laleaua (Tulipa sp.) nu formează flori, chiar dacă mărimea bulbilor este corespunzătoare, dacă aceştia nu sunt supuşi unui tratament termic de 50-60 de zile la 20°C, apoi la 9°C până la plantare. Pentru a germina, seminţele de măr şi păr, destinate obţinerii de puieţi, trebuie să fie păstrate timp de 90 de zile la 1 - 3°C, fie în depozite frigorifice, fie în zăpadă. La unele specii, temperatura de vernalizare este mai mare. Sunt specii la care vernalizarea nu este absolut necesară (Matthiola incana), ele putându-şi realiza mai lent iniţierea florală, în lipsa temperaturilor scăzute. Expunerea lor la temperaturi scăzute permite însă o dezvoltare mai rapidă. In funcţie de cantitatea de căldură ce ajunge pe Pământ au fost delimitate trei climate principale (cald, temperat şi rece), precum şi o zonalitate latitudinală a vegetaţiei. - zona pădurilor ecuatoriale, a savanelor şi a pustiurilor tropicale, caracteristică zonei calde; - zona pădurilor cu frunze căzătoare, a pădurilor de conifere şi a stepelor, răspândite în zona temperată; - zona pădurilor de conifere boreale şi a tundrei polare, specifică zonei reci. De asemenea, regimul termic diferit a mai determinat şi o zonalitate altitudinală a vegetaţiei, pe etaje. De exemplu, în ţara noastră au fost delimitate următoarele etaje de vegetaţie: etajul stejarului (gorunului), etajul fagului, etajul molidului, etajul jneapănului si ienupărului pitic si etajul pajiștilor alpine. In funcţie de cerinţele faţă de temperatură ale organismelor există următoarea clasificare: - Euriterme: organisme care suportă variaţii foarte largi de temperatură. Exemplu Passer domesticus (vrabia) care suportă temperaturi ce variază între – 30 şi + 37°C. - Stenoterme: organisme ce suportă variaţii foarte mici de temperatură. Aşa sunt larvele viermelui de mătase (Bombyx mori) care se dezvoltă între limite termice cuprinse între 20 si 23°C. - Mezoterme: organisme care se dezvoltă între limite medii de temperatură: lămâiul (Citrus limon), dafinul (Laurus nobilis), scorpionul (Euscorpius sp.) etc.. În raport cu reacţiile de modificare a temperaturii, animalele se grupează în două mari categorii: poikiloterme şi homeoterme. Poikilotermele sunt animale cu temperatura corpului variabilă după temperatura mediului înconjurător. Aici intră plantele şi speciile de animale lipsite de mecanisme fiziologice de termoreglare (ex. broaşte, peşti reptile etc.). Homeotermele includ păsările și mamiferele care au temperatura corpului aproape constantă, indiferent de modificările mediului ambiant. Atunci când variaţiile de temperatură au caracter de regim, selecţia duce la elaborarea diferitelor mijloace de adaptare morfologică, fiziologică, comportamentală. Aceste adaptări au rolul de a menţine balanţa termică a fiecărui individ, care poate fi exprimată prin ecuaţia foarte generală: intrări de energie = pierderi de energie Dintre mijloacele de adaptare morfologică amintim: dimensiuni mai reduse ale extremităţilor (picioare, coadă, gât, urechi) la mamiferele din regiunile reci, pentru ca pierderile de căldură să fie mai mici (exemplu: vulpea polară - Alopex galopus – are urechi foarte mici, bot scurt, cap rotunjit, vulpea sahariană - Megalotis zerda – are bot alungit, urechi 25

cu paviloane mari, iar vulpea europeană - Vulpes vulpes - forme intermediare) – legea lui Allen; creşterea dimensiunilor corpului la mamiferele nordului faţă de cele sudice, în cadrul unui grup sistematic dat – legea lui Bergmann (exemplu: pinguinul imperial – Aptenodytes forsteri – din Antarctica are lungimea corpului de 100-120 cm, iar greutatea de 34 kg, în timp ce, în insulele Galapagos – zona ecuatorială - trăieşte un pitic al pinguinilor – A. patagonica – cu o lungime de circa 60 cm şi o greutate de 4-5 kg). Termoreglarea la animalele mai mari este mult mai uşoară şi mai eficientă comparativ cu cele mici. Nu toate animalele urmează însă regula lui Bergmann (exemplu: struţii - cele mai mari păsări – şi cele mai mari feline de pe glob trăiesc astăzi doar în zonele calde). Alte adaptări de natură morfologică ale animalelor la temperatură: depunerea unui strat de grăsime sub piele la balenele, focile şi morsele din mările îngheţate ale Antarcticii, alungirea picioarelor la coleopterele deşertice pentru distanţarea corpului de suprafaţa fierbinte a nisipului, coloritul deschis al acestor insecte etc.. Menţinerea balanţei termice a fiecărui individ se realizează şi prin adaptări fiziologice şi comportamentale cum sunt: estivarea (adaptarea unor vertebrate şi nevertebrate la căldura şi uscăciunea anotimpului cald, prin ascunderea în diferite adăposturi unde temperatura este mai scăzută; în aceste condiţii nutriţia încetează, metabolismul scade); sinteza în corp a unor substanţe antigel la temperaturi scăzute (exemplu: diferite specii de amfibieni şi peşti din Antarctica); starea de amorţire la numeroase specii de nevertebrate (viermi, insecte în diferite stadii de dezvoltare), peşti, amfibieni, reptile, la care intensitatea metabolismului se reduce foarte mult, iar temperatura corpului se apropie de cea a mediului ambiant; somnul de iarnă (la mamifere heteroterme - veveriţa, cârtiţa, ursul - care vara se comportă ca homeoterme, dar iarna nu-şi pot menţine temperatura constantă aceasta coborând la 5-10°C); hibernarea (ariciul, diferite specii de lilieci, popândăi, şoareci, hârciogi la care frecvenţa respiratorie, ritmul cardiac şi alte funcţii fiziologice importante se reduc în mod semnificativ, uneori de zeci de ori faţă de normal); migraţia de iarnă, mai ales la păsări; aglomerarea unor animale poikiloterme în grup [exemplu – albinele care prin contracţii musculare („frison termoreglator”) nu permit scăderea temperaturii sub 13°C] etc.. 3.1.1.2. Lumina Lumina influenţează procesele morfo-anatomo-fiziologice ale plantelor. Din gama largă a spectrului radiaţiilor electromagnetice (raze gama, raze X, ultraviolete, spectrul vizibil, infraroşii, ultrascurte), spectrul vizibil pentru ochiul omenesc acţionează ca factor ecologic în ecosisteme, îndeplinind funcţii informaţionale şi energetice (fig.5).

Fig. 5. Spectrul electromagnetic [Wright și Patel, 1993]

Funcţia informaţională a luminii se referă în special la regnul animal iar cea energetică la plante, pentru procesul de fotosinteză. Energia radiaţiilor solare se împarte în 3 grupe: radiaţii infraroşii (59%), radiaţii din spectrul vizibil (40%) şi ultraviolete (1%). Spectrul radiaţiilor luminoase este cuprins între 4000 Å (lumină violetă) şi 7500 Å (lumină roşie) [Botnariuc şi Vădineanu, 1982]. Radiaţiile 26

ultraviolete, cu lungime de undă scurtă, sunt dăunătoare. In sens ecologic, importanţa radiaţiei solare constă în faptul că energia radiaţiilor din spectrul vizibil este folosită de plante în fotosinteză şi reprezintă intrarea de energie în fluxul energetic ce străbate ecosistemele. Funcţia energetică a luminii este primordială pentru întreaga viaţă de pe planetă, deoarece prin fotosinteză energia luminoasă este integrată în plante sub formă de energie potenţială chimică, acumulată în substanţele organice. Aceste aspecte sunt detaliate la capitolul 5.1. “Funcţia energetică a ecosistemelor “. Cantitatea de fotosinteză este legată de mărimea suprafeţei foliare, iar aceasta se exprimă prin indicele foliar (If), calculat după formula: If = St f x 2/ St unde: Stf - Suprafaţa totală a frunzişului St - Suprafaţa de teren ocupat de plantele respective (de regulă 1 ha) Indicele foliar este egal cu suma suprafeţelor tuturor frunzelor de pe suprafaţa de teren luată în considerare înmulţit cu 2, pentru că parenchimul foliar fotosintetizant e situat pe ambele părţi ale frunzei. În cazul unei păduri de stejar şi carpen, situată pe un sol bogat şi climat favorabil, If = 5-8/ha, iar la o pădure de stejar şi mesteacăn de pe soluri sărace If = 46/ha [Fabian şi Onaca, 1999]. Comparativ cu ceilalţi factori ecologici, lumina este distribuită pe glob mult mai uniform. In cursul evoluţiei lor, plantele s-au adaptat să trăiască în diferite condiţii de lumină. Din acest punct de vedere există trei categorii de plante: - heliofite, care necesită lumină multă cum ar fi: Trifolium campestre, Amaranthus retroflexus, Juglans regia, Persica vulgaris, Cerasus avium, Amygdalus communis, Armeniaca vulgaris, Vitis sp., Helianthus annuus etc.; - sciofite (umbrofile), de umbră, care preferă lumina mai puţin intensă, cum sunt Oxalis acetosella, Impatiens noli-tangere, diferite ferigi de pădure care se dezvoltă bine în păduri, în condiţii de lumină difuză. - helio-sciofite: coacăzul negru (Ribes nigrum), zmeurul (Rubus idaeus), murul (Rubus caesius), agrişul (Grossularia reclinata), iedera (Hedera helix) etc. care suportă semiumbra, dar potenţialul lor biologic se manifestă în condiţii de lumină deplină. Intensitatea luminii este foarte importantă pentru plantele de cultură, iluminarea insuficientă conducând la fenomenul de etiolare (îngălbenire, alungire) şi implicit la scăderea producţiei. Plantele au nevoie de un minim de lumină. De exemplu, pentru înflorire, mazărea necesită 11.000 lucşi, tutunul 2.200-2.800, grâul şi orzul 1.800-1.400 lucşi [Criveanu, 2001]. De aceea, prin tehnologiile de cultură se va asigura distanţa corespunzătoare între plante pe rând şi între rânduri. Efectul informaţional cel mai general al luminii, pentru animale, constă în perceperea formelor, culorilor, mişcărilor, distanţelor, obiectelor înconjurătoare, datorită radiaţiilor din spectrul vizibil al luminii. Pe această bază devine posibilă dezvoltarea unor mijloace de apărare sau de atac la diferite animale. Mimetismul constă în imitarea coloritului, desenului şi a formei generale a.corpului unor animale ce posedă mijloace eficiente de apărare (ace cu venin, muşcături veninoase, gusturi sau mirosuri neplăcute etc.) de către alte animale care nu posedă asemenea mijloace. De exemplu, o serie întreagă de diptere (muşte) imită diferite himenoptere (viespi) – fig. 6. În felul acesta, duşmanii (mai ales păsările) acestor insecte le vor evita, confundându-le cu insectele pe care le imită. Un alt „plagiator” este Limenitis archippus, o specie de fluture din America de Nord, care imită fluturele-monarh (Danaus plexippus). Acesta din urmă posedă o armă chimică defensivă deosebit de eficientă, prin gustul său foarte neplăcut, datorat hrănirii sale în perioada larvară cu laptele-câinelui. Fluturele imitator are un model aproape identic pe aripi, motiv pentru care va fi evitat de păsări. 27

(a)

(b)

Fig. 6. Mimetism - Syrphus ribesii (a), o muscă, fără mijloace de apărare, care imită viespea (Vespa crabo)- b

Homocromia – este o adaptare a unor animale prin asemănarea coloritului general cu acela al substratului, astfel fiind mai greu de descoperit de către duşmani, mai ales dacă stau nemişcate. Dacă duşmanul s-a adaptat în acest sens, prezenţa lui poate să nu fie sesizată de victimă. Exemple: culoarea verde a cosaşilor şi a lăcustelor, culoarea şopârlei cenuşii, desenele de pe corpul şerpilor (fig. 7) și a unor specii de broaşte (fig. 8) care se confundă cu mediul ambiant etc.. Există şi o homocromie variabilă care constă în posibilitatea unor animale de a-şi schimba coloritul general în funcţie de substrat. Aşa sunt cameleonii care îşi pot asorta oricând culoarea cu cea a mediului înconjurător.

Fig. 7. Homocromie – vipera gaboon (Bitis gabonica)

Fig. 8. Homocromie – broasca cu corn (Megophyris montana)

Imitația - se aseamănă cu homocromia însă aici nu este imitat numai coloritul general ci şi desenul şi adesea forma unor părţi ale substratului (frunze, ramuri uscate etc.). Călugăriţa este o maestră în arta deghizării imitând exact forma unei frunze sau culoarea unei petale (fig. 9). Astfel ea poate scăpa de prădători dar poate să-şi asigure şi hrana, prin prinderea insectelor care se aşază pe ea crezând că este o frunză sau o floare [Bright, 2001]. Un alt exemplu interesant este la pasărea Podargus strigoides (fig. 10). Pe lângă sursa cosmică de lumină, care rămâne esenţială pentru viaţa pe Terra, mai există şi surse de natură biologică care au la bază fenomenul de bioluminiscenţă. În acest caz lumina este produsă de diverse procese chimice care au loc la nivelul individului. Acest fenomen se întâlneşte atât la unele specii terestre [bacterii, ciuperci, insecte (licurici)], cât mai ales la organismele acvatice. La unele organisme (bacterii, alge, metazoare etc.) bioluminiscenţa nu are o semnificaţie adaptativă ci este un efect secundar al unor procese fiziologice, în timp ce, la organismele mai evoluate are un rol informational: apărare, atragerea prăzii, orbirea prăzii, întâlnirea pentru împerechere etc.

28

Fig. 9. Imitaţie la Mantis religiosa [Stockley, 2000]

Fig. 10. Imitaţie la pasărea gura- de- broască (Podargus strigoides) din Asia şi Australia [Bright și colab., 2001]

Fotoperiodismul este reacţia unui organism la modificări ale duratei zilei. Numeroase procese fiziologice (germinaţia seminţelor, înfloritul, formarea bulbilor şi a tuberculilor etc.) depind de alternarea perioadelor de lumină şi întuneric. În funcţie de pretenţiile plantelor la durata perioadei luminoase a zilei avem plante de zi lungă (ex. unele cereale, crinul, ceapa, spanacul, salata, morcovul etc.) plante de zi scurtă (ex. brânduşa de toamnă, crizantemele, orezul, meiul, cânepa etc.) şi plante indiferente la durata luminii zilnice (unele soiuri de porumb, floarea-soarelui, hrişcă, tomate etc.). În privinţa înfloririi, plantele de zi lungă înfloresc la o durată a luminii de circa 15 ore/zi, iar plantele de zi scurtă la 10-11 ore/zi [Zăpârţan, 2004]. Fotoperiodismul influenţează în mod direct distribuţia naturală a speciilor pe glob, iar în agricultură rămâne unul dintre criteriile de bază în alegerea soiurilor şi în stabilirea epocii de semănat. Dacă la plantele de zi scurtă, durata luminii depăşeşte nivelul critic, ele se vor menţine în stare vegetativă. Astfel, legumicultorii care doresc să obţină spanac şi salată pentru frunze, vor cultiva aceste specii toamna şi primăvara, când fotoperioada este scurtă. În mod asemănător se comportă şi ridichile. La producerea de sămânţă însă aceste culturi vor fi înfiinţate vara. S-a constatat faptul că, durata perioadei de lumină a zilei influenţează intrarea în diapauză a numeroase nevertebrate, migrarea păsărilor etc.. La plante, lumina declanşează mişcări de orientare spre sursa de lumină, fenomen ce poartă numele de fototropism (sin. heliotropism). Acest lucru se constată când plantele sunt iluminate unilateral. Indiferent de poziţia plantei, frunzele îşi vor orienta limbul în aşa fel încât lumina să cadă perpendicular. Fototropismul face posibilă orientarea frunzelor spre lumina optimă, ceea ce este foarte important pentru plante [Milică şi colab., 1982]. Spre deosebire de plante, la animale deplasarea se poate face atât spre sursa de lumină (fototropism pozitiv) cât şi dinspre sursa de lumină (fototropism negativ). Multe specii de animale planctonice sunt fototrope pozitive, ele ridicându-se în treimea superioară a apei, în anumite intervale de timp, pentru găsirea hranei. Animalele bentonice sunt fototrope negative [Botnariuc şi Vădineanu, 1982]. Unii autori au demonstrat că numeroşi dăunători fitofagi sunt puternic influenţaţi de lumină. De exemplu, la măr, în condiţii de întuneric, acarianul Panonychus ulmi a avut o evoluţie slabă a populaţiei, atunci când ouăle au fost ţinute la întuneric, dezvoltarea embrionară a fost oprită în faza ei finală, iar larvele n-au putut ecloza [Manolache şi colab., 1978]. 3.1.1.3. Apa

29

Existenţa vieţii pe Pământ este indisolubil legată de apă care, datorită însuşirilor sale are un rol esenţial în desfăşurarea multor procese biochimice, fiziologice şi ecologice esenţiale. Aceste însuşiri şi implicaţiile lor ecologice sunt următoarele: Densitatea. Apa are însuşirea unică de a realiza densitatea maximă la + 4 °C, în timp ce gheaţa are densitatea cu 10% mai mică. Consecinţa acestei însuşiri constă în faptul că gheata pluteşte pe apă. Dacă ar avea densitate mai mare decât apa s-ar lăsa pe fundul apei şi ar conduce la dispariţia vieţii bentonice. În plus, s-ar acumula sub formă de gheaţă pe fundul bazinelor, nereuşind să se dezgheţe de la un an la altul şi eliminând din circuit cantităţi uriaşe de apă. Densitatea maximă a apei la +4 °C face posibilă existenţa vieţii bentonice, chiar şi pe fundul celor mai adânci ape, inclusiv în anotimpul rece, sub gheaţa formată la suprafaţă. Căldura specifică. Pentru încălzirea cu un grad a unui gram de apă este necesară o calorie, ceea ce înseamnă că apa are căldură specifică mare, adică se încălzeşte şi se răceşte încet. Inerţia termică mare a apei are consecinţe ecologice foarte importante, dat fiind că 2/3 din suprafaţa Pământului sunt acoperite cu apă. Această masă imensă de apă devine un factor moderator al climei globului, atenuând oscilaţiile de temperatură. Aceeaşi trăsătură a apei moderează variaţiile termice din apă comparativ cu variaţiile de pe uscat. Conţinutul mare în apă a1 organismelor, care la unele specii ajunge la 98% din greutate şi în rare cazuri scade sub 50%, atenuează oscilaţiile temperaturii corpului şi uşurează procesele de termoreglare. Conductibilitatea termică a apei este mare. Aceasta explică de ce speciile de origine acvatică sunt poikiloterme. Dacă ar fi homeoterme, consumul de energie ar fi exagerat de mare, numai pentru menţinerea constantă a temperaturii corpului. Puterea de solvire. Apa este un solvent remarcabil, faţă de toate celelalte lichide cunoscute, în ea dizolvându-se cel mai mare număr de substanţe minerale. Apa face posibil transportul acestor substanţe, asimilarea lor de către organisme şi circuitul lor. Apa este mediul ideal pentru desfăşurarea proceselor metabolice. Sursele de apă pentru ecosistemele terestre sunt: ploaia, nebulozitatea şi ceaţa, zăpada, grindina, roua, chiciura şi poleiul, umiditatea aerului. Cantitatea de precipitaţii determină şi structura ecosistemelor. Astfel, la precipitaţii anuale de până la 300 mm se instalează deşertul, la 250-500 mm stepa, la 500-800 mm pădurile cu frunze căzătoare din zona temperată, iar peste 3000 mm pădurile ecuatoriale sempervirescente [Pop, 1979]. Precipitaţiile nu sunt importante numai prin cantitate ci şi prin repartiţia lor în timp. Pentru plantele de cultură, precipitaţiile căzute în timpul fazelor critice sunt esenţiale: germinarea seminţelor, creşterea intensă a plantelor, în timpul desfăşurării proceselor de organogeneză etc. În perioada înfloritului, ploile stânjenesc circulaţia insectelor polenizatoare, spală polenul şi diluează secreţia stigmatului. În plus, dacă acestea se prelungesc, proliferează bolile criptogamice. Maxim şi colab. (2000) constată că atacul de monilioză florală (Monilinia laxa) la florile de prun, soiul Stanley, poate ajunge la 100%, în primăverile ploioase. Există şi alte numeroase perioade critice în care recolta poate fi compromisă din cauza precipitaţiilor persistente. Excesul de apă din sol poate conduce la asfixierea rădăcinilor plantelor. De pildă, mărul piere în condiţiile stagnării apei mai mult de 10-14 zile în timpul repausului vegetativ, respectiv 4-5 zile în timpul vegetaţiei [Popescu şi colab., 1993]. În ţara noastră, specialiştii din viticultură susţin că viţa de vie poate fi cultivată fără irigare în zonele unde precipitaţiile variază între 400-700 mm anual, din care 2/3 în perioada de vegetaţie şi 1/3 în timpul repausului vegetativ [Oprea, 1995]. Zăpada protejează de îngheţ atât solul cât şi unele plante semănate toamna. Primăvara, topirea zăpezii îmbunătăţeşte rezerva de apă din sol, atât de necesară pornirii în vegetaţie. La pomii fructiferi, topirea lentă a zăpezii întârzie pornirea în vegetaţie a plantelor cu repaus scurt [Popescu şi colab., 1993]. 30

Grindina are efecte dăunătoare asupra vegetaţiei, prin rănile produse organelor aeriene, care pe lângă reducerea suprafeţei fotosintetizante, constituie porţi de infecţie pentru numeroși agenţi patogeni [Zagrai și colab., 2001]. Combaterea acestui fenomen atmosferic de risc se poate face prin diverse metode: însămânţarea norilor Cumulonimbus cu zăpadă carbonică sau iodură de argint, cu ajutorul tunurilor antigrindină, acoperirea culturilor cu plase antigrindină etc. [Dragomirescu şi Enache, 1998]. Nevoia plantelor faţă de apă se exprimă în coeficientul de transpiraţie (Ki) care reprezintă cantitatea de apă (ml) consumată de plantă pentru a sintetiza un gram de substanţă uscată (g) după relaţia: apă consumată (ml) Ki = substanţă uscată produsă (g) Acest coeficient diferă foarte mult de la o specie la alta şi variază între 120 şi 1000. De pildă, la porumb este 368, la varză 539, la dovleac 834, la pir 1086. Umiditatea aerului este un factor de mare importanţă ecologică şi reprezintă cantitatea de vapori din atmosferă. Ea poate fi exprimată în valori absolute (umiditate absolută) sau relative (umididate relativă). Umiditatea absolută reprezintă cantitatea de vapori la unitatea de volum (exemplu: grame/m 3aer) iar umiditatea relativă (%) este cantitatea de vapori existenţi în atmosferă, raportată la cantitatea maximă de vapori din atmosferă, în aceleaşi condiţii de temperatură şi presiune. La plante, umiditatea aerului determină intensitatea respiraţiei şi consumul de apă al plantelor, iar la animale influenţează diverse procese, precum termoreglarea, fecunditatea etc.. De exemplu, uscăciunea aerului provoacă pieirea în masă a ouălor muştei de Hessa (Mayetiola destructor); sfredelitorul porumbului (Ostrinia nubilalis) se dezvoltă mai bine la umiditate ridicată a aerului [Săvescu şi colab., 1982], iar lăcustele apar în masă în anii cu umiditate suficientă [Mohan şi Ardelean, 1993]. Apa din sol poate avea un rol diferit în viaţa plantelor, în funcţie de starea în care se află: - Apa higroscopică sau apa legată este absorbită de sol din vaporii de apă. Fiind puternic reţinută de particulele solului (50-10.000 atmosfere) nu solubilizează sărurile din sol, nu circulă decât prin trecere în stare de vapori şi nu este accesibilă plantelor. - Apa peliculară sau slab legată este reţinută cu forţe între 15-50 atmosfere, prezintă o capacitate redusă de solubilizare a sărurilor din sol şi poate fi folosită într-o oarecare măsură de plante, atunci când suferă din lipsă de apă şi încep să se ofilească. Cantitatea de apă peliculară este mai mare la solurile argiloase, cu textură fină, decât la cele nisipoase, cu textură grosieră.

31

Fig. 11. Reprezentarea schematică a apei capilare [Puiu, 1980]

Apa capilară este reţinută de porii capilari şi este reţinută în sol datorită forţelor capilare (fig. 11). Solul umezit până la nivelul capilarelor însumează apa higroscopică, apa peliculară şi apa capilară. Apa capilară circulă relativ uşor în toate direcţiile, solubilizează substanţele nutritive şi poate fi utilizată de plante. Este apa utilă pentru plante şi reprezită categoria cea mai importantă de apă din sol. - Apa gravitaţională ocupă porii mari ai solului, este foarte mobilă, slab reţinută şi se pierde rapid, prin scurgere sau infiltraţie, motiv pentru care plantele nu pot beneficia de ea. -

Fig.12. Reprezentarea schematică a apei capilare sprijinite [Puiu, 1980]

Fig. 13. Reprezentarea schematică a apei capilare suspendate şi a orizontului mort [Puiu, 1980]

Apa freatică este apa înmagazinată în sol, deasupra unui strat impermeabil şi provine din apa gravitaţională scursă în adâncime. Dacă apa freatică este la mică adâncime, ea se va ridica prin capilaritate la suprafaţa solului (apă capilară sprijinită) – fig. 12. Dacă apa freatică se află la adâncimi mari, apa capilară nu are legătură cu pânza freatică ci provine din precipitaţii (apă capilară suspendată) – fig. 13. În acest caz, între apa capilară suspendată şi cea sprijinită se găseşte un strat, în permanenţă uscat, denumit orizontul uscat al secetei [Puiu, 1980]. Un interval de timp caracterizat prin scăderea drastică a cantităţilor de precipitaţii este cunoscut publicului larg sub numele de secetă. Conform clasificării fenomenelor de risc făcute de Bryant (1991), pe baza a nouă criterii, secetele au cel mai mare punctaj, ceea ce înseamnă că au consecinţele cele mai grave pentru societate. Seceta înseamnă un deficit important de umiditate al unui mediu natural în raport cu disponibilităţile sale, pe o suprafaţă întinsă şi pe o perioadă suficient de îndelungată pentru a afecta economia regiunii respective. Seceta reprezintă insuficienţa apei disponibile pentru a satisface cerinţele de evaporaţie şi transpiraţie ale organismelor. În funcţie de fazele evolutive ale fenomenului, Lambert şi colab. (1991) fac o clasificare climatică a secetei: seceta atmosferică, seceta pedologică, seceta freatică, seceta hidrologică (potamologică) şi seceta hidraulică. Seceta atmosferică reprezintă o perioadă cu deficit important de precipitaţii sau chiar absenţa totală a acestora, în zone unde, în mod obişnuit, nu se întâmplă acest lucru. Lipsa precipitaţiilor este asociată cu temperaturi ridicate şi vânturi uscate care intensifică exagerat fenomenul de transpiraţie la plante, producând ofilirea acestora. Dacă cel puţin cinci zile consecutive nu s-au înregistrat precipitaţii, vorbim despre o perioadă de uscăciune. Perioadă de secetă înseamnă cel puţin 14 zile consecutive, în intervalul octombriemartie şi cel puţin 10 zile consecutive în semestrul cald (aprilie-septembrie) în care nu au căzut precipitaţii sau nu au depăşit valoarea de 0,1 mm [Moldovan, 2003] Seceta pedologică este rezultatul prelungirii secetei atmosferice în învelişul pedosferic. -

32

După un timp, plantele nu-şi mai pot reface turgescenţa nici noaptea, apa din sol devenind inaccesibilă. Seceta freatică afectează pânza de apă freatică. Seceta hidrologică (potamologică) se manifestă prin secarea pâraielor şi a râurilor, debitul acestora tinzând spre zero. Seceta hidraulică presupune afectarea gravă a derulării ciclului apei în natură, ceea ce conduce la scăderea drastică a rezervei de apă utilă din lacurile de acumulare. Fiecare organism trebuie să realizeze un anumit bilanţ hidric, respectiv un raport între intrările şi ieşirile de apă din organism. De aceea, atât plantele cât şi animalele s-au adaptat şi din acest punct de vedere la mediul lor de viaţă. În funcţie de pretenţiile faţă de apă, organismele se grupează în patru categorii: - hidrofite (plante), respectiv hidrofile (animale) sau acvatice, care trăiesc numai în apă (exemplu: nufărul - Nymphaea alba) - higrofite (plante), respectiv higrofile (animale) care au nevoie de medii foarte umede. Exemple: coada calului (Equisetum arvense), orezul (Oryza sativa), piciorul cocoşului de apă (Ranunculus aquatilis), râma (Lumbricus terestris) etc.. - mezofite (plante), respectiv mezofile (animale), cu pretenţii intermediare faţă de apă; suportă variaţii mari ale umidităţii: porumbul, părul, cireşul, vişinul, diferite specii de amfibieni (ex. Salamandra salamandra) etc. - xerofite (plante), respectiv xerofile (animale) care trăiesc în zone aride, cu deficit permanent sau temporar de umiditate, atât în aer cât şi în sol, aşa cum sunt plantele cactaceae şi euforbiacee, antilopele africane etc.. Toate organismele s-au adaptat la condiţiile de umiditate în care trăiesc. Astfel, unele plante xerofite şi-au redus dimensiunea şi numărul frunzelor până la transformarea lor în spini, pentru a reduce evapotranspiraţia. Alte adaptări ale plantelor la uscăciune constau în alungirea rădăcinilor pe verticală, pentru a ajunge la apa freatică, creşterea presiunii osmotice prin concentrarea sucului celular, acumularea apei în timpul ploii în ţesuturile acvifere la speciile suculente, îngroşarea epidermei sau acoperirea ei cu ceară etc.. Majoritatea animalelor care trăiesc în zone sărace în precipitaţii prezintă o serie de adaptări morfologice, fiziologice şi comportamentale, în vederea menţinerii bilanţului critic al organismului: impermeabilizarea tegumentului (reptile, păsări, insecte etc.), reducerea cantităţii de apă din urină (reptile din regiuni uscate, insecte etc.), eliminarea de fecale foarte uscate, acumularea de apă (exemplu: o cămilă poate consuma până la 123 l apă şi rezistă pe timp de caniculă zece zile fără apă). 3.1.2. Focul Focul face parte din categoria factorilor fizici, ca şi cei climatici şi este considerat un factor distructiv. Atunci când este însă iute şi de scurtă durată, el capătă caracter de regim şi poate acţiona ca un factor de selecţie. Cauza principală a focurilor spontane sunt fulgerele. În unele zone, cum sunt savanele, se practică de secole arderea anuală a ierburilor uscate; în Delta Dunării, pescarii dau foc stufului uscat de sute de ani. Efectele focului asupra solului sunt foarte diverse, în funcţie de zonele climaterice: îmbogăţirea solurilor în elemente alcaline, accesibile plantelor, de unde rezultă creşterea luxuriantă a ierburilor şi instalarea de specii iubitoare de azot; creşterea vitezei de infiltrare a apei etc. În ţările tropicale, focul de lungă durată, făcut cu scopul arderii ierburilor sau pădurilor, în vederea extinderii terenurilor agricole, are ca efecte distrugerea microorganismelor din sol, a râmelor și a insectelor. Mineralele solubile sunt spălate, de pe solul neprotejat, iar solurile formează o crustă foarte tare care nu permite creşterea plantelor (lateritizarea solurilor). Pădurea este astfel înlocuită cu savana, iar savana cedează treptat locul deşertului. Dacă focul este însă de scurtă durată, acesta favorizează dezvoltarea unui 33

covor de graminee foarte important pentru erbivorele sălbatice şi domestice care trăiesc acolo. În zonele cu incendii frecvente, biocenozele sunt formate din asociaţii de specii pirorezistente. În savanele africane, un exemplu concludent de specie rezistentă la foc este baobabul (Adansonia sp.) care are scoarţa foarte groasă, lemnul spongios, saturat de apă. În plus, în sezonul secetos, baobabul este lipsit de funze. În Delta Dunării există diferite specii de Salix rezistente la foc, iar papura rezistă incendiilor de iarnă datorită mugurilor protejaţi de sol. Stuful tânăr supravieţuieşte temperaturilor scăzute din timpul iernii datorită faptului că mugurul central este acoperit de tecile a numeroase frunze; această adaptare la frig protejează planta şi de acţiunea focului. În pădurile de conifere, cele mai rezistente la foc s-au dovedit a fi speciile din genul Pinus şi zada (Larix sp.), iar cele mai sensibile molidul (Picea sp.) şi mesteacănul (Betula sp.). Înmulţirea mai multor specii de plante lemnoase (Xylomelum, Callistemon etc) din Australia a devenit dependentă de acţiunea focului. Fructele lor, ce atârnă în copaci, au un înveliş lemnos foarte tare şi nu se deschid decât trecând prin foc [Botnariuc şi Vădineanu, 1982]. 3.1.3. Factorii geografici (orografici) Aceşti factori se referă la poziţia geografică pe glob, altitudine, pantă şi expoziţie geografică şi au o influenţă indirectă asupra vieţii dintr-un ecosistem prin modicările aduse regimului de lumină, umiditate, temperatură, umiditate relativă a aerului etc. De exemplu, la aceeaşi latitudine şi longitudine, altitudinea poate schimba radical condiţiile climatice ale ecosistemului. Poziţia geografică pe glob (latitudine şi longitudine) determină încadrarea fiecărui ecosistem într-o zonă climatică . Altitudinea influenţează structura biocenozelor din aceeaşi zonă climatică, deoarece odată cu modificarea ei se produc şi schimbări ale factorilor climatici: temperatură, presiune atmosferică, vânt, intensitatea luminii, umiditate relativă a aerului. De regulă, pe măsură ce altitudinea creşte, scade temperatura. La noi în ţară, Cotigă (1998) constată că la fiecare sută de metri altitudine, temperatura medie scade cu 0,5 – 0,6 oC. Există însă şi excepţii, atunci când roca se încălzește mai uşor influenţând vegetaţia. De exemplu, la Predeal se găsesc păduri de molid, la o altitudine mai mică decât la Pasul Fundata, unde se găsesc păduri de fag. Panta influenţează vegetaţia prin modificarea umidităţii, expunerea solului la fenomenul de eroziune, etc.. Panta determină modul de folosire a terenului şi sistemul de cultură. De exemplu terenul arabil nu este indicat să se afle pe pante prea înclinate, unde sunt potrivite pajiştile sau terasele cu pomi şi viţă-de-vie. Peste o anumită pantă este recomandată pădurea, care ocroteşte cel mai bine solul la eroziune. Pajiştile de pe pantele prea mari vor fi mult mai expuse eroziunii dacă sunt exploatate prin păşunat [Muntean şi Ştirban, 1995]. Expoziţia, determină valori foarte diferite ale regimului hidric, al luminozităţii, al vânturilor etc., care vor influenţa structura ecosistemului. Între ecosisteme cu expoziţii diferite pot apărea diferenţe semnificative. De exemplu, în zona dealurilor, pe versanţii nordici creşte o vegetaţie mezofită, reprezentată prin păduri de stejar sau fag, în timp ce, pe versanţii sudici creşte o vegetaţie xerofită, specifică câmpiei. Inclusiv evoluţia bolilor şi a dăunătorilor la plantele de cultură este influenţată de expoziţie, între versanţii cu expoziţii diferite putând apărea diferenţe de câteva zile între stadiile vulnerabile ale paraziţilor, când se impune intervenţia fitosanitară. De aceea, în unităţile cu orografie foarte variată a terenului, expoziţii şi altitudini diferite, la stabilirea ordinii în care vor fi stropite parcelele vor fi luate în calcul şi aceste aspecte [Maxim, 1995]. 3.1.4. Factorii mecanici 34

În categoria factorilor ecologici mecanici intră mişcările aerului (vântul) şi mişcările apei. a.) Mişcarea atmosferei (vântul). Nefiind o mărime constantă, temperatura determină repartiţia neuniformă a presiunii atmosferice, datorită apariţiei pe suprafaţa Pământului a unor regiuni încălzite diferit. Astfel, aerul se deplasează din regiunile cu presiune atmosferică mai ridicată spre cele cu presiune mai scăzută; aşa se formează vântul. Din punct de vedere ecologic, vânturile sunt cu caracter de regim, care suflă cu o anumită periodicitate (de exemplu crivăţul, alizeele etc.) şi cu caracter perturbator (furtuni, tornade etc.). Vânturile regulate sunt cele mai importante din punct de vedere ecologic, deoarece, numeroase specii de plante şi animale s-au adaptat, de-a lungul evoluţiei lor, la acest factor. Astfel, un număr mare de plante utilizează forţa eoliană pentru reproducere şi răspândire, aşa cum sunt gramineele, coniferele, stejarul etc.. Acestea realizează polenizarea cu ajutorul vântului (plante anemofile), iar adaptările constau în producerea de polen uscat, uşor şi în cantitate mare. O serie de specii de plante diseminează cu ajutorul vântului (plante anemohore), având în acest sens structuri specializate (de exemplu, papusul de la plop, salcie, păpădie etc.). La unele plante terestre, în special la arbori, ţesuturile mecanice au o anumită configuraţie ceea ce le conferă o rezistenţă mai mare la forţa vântului; alte plante (graminee) au tulpina liberă la interior ceea ce le conferă rezistenţă prin elasticitate şi flexibilitate. Unele păsări (pescăruşi, păsări răpitoare, berze etc.) utilizează curenţii de aer pentru a plana timp îndelungat, ceea ce le permite mari economii de energie în zborurile de migraţie sau cele de căutare a hranei. În zonele montane, insulare sau de coastă, la multe specii de insecte antrenarea de către vânt ar reprezenta un pericol în viaţa speciei, de aceea şi-au dezvoltat diferite adaptări structurale şi comportamentale (aripi reduse sau complet atrofiate). Vânturile neperiodice (uragane, tornade etc.) pot avea efecte catastrofale asupra ecosistemelor, mai ales asupra celor forestiere, unde pot distruge o parte însemnată a faunei şi florei, prin doborârea de păduri pe suprafeţe mari . Aerul are şi o intensă activitate de transport (nisip, praf, cenuşă vulcanică), pe suprafeţe întinse, lipsite de vegetaţie, determinând fenomenul de eroziune. b.) Mişcările apei. Atât apele curgătoare (izvoare, râuri, fluvii) cât şi cele stătătoare (bălţi, lacuri, mări, oceane) au diverse feluri de mişcare. La apele curgătoare, apa se scurge datorită pantei, preponderent dinspre partea superioară spre cea inferioară. Uneori, deplasarea se face datorită diferenţei de nivel dintre două bazine. Apa transportă substanţe dizolvate, diferite corpuri în suspensie sau organisme vii. Cantitatea de aluviuni transportate de ape este impresionantă. Datorită puterii de eroziune a apelor curgătoare, acestea pot străbate lanţuri muntoase, prin săparea de chei (Porţile de Fier, Cheile Bicazului etc.), stabilind legături între diferite bazine hidrografice. Pe de altă parte, apele curgătoare fragmentează ecosistemele terestre, constituind bariere naturale pentru numeroase specii. Organismele care trăiesc în apele curgătoare şi-au dezvoltat diverse adaptări: turtirea dorso-ventrală a corpului, pentru a nu fi antrenate de forţa apei în mişcare, dezvoltarea unor ventuze sau a unor cârlige, pentru fixarea de substrat etc. (animale), secretarea unui mucilagiu de către pereţii celulari ai unor plante inferioare (diatomee, cianoficee etc.) pentru facilitarea aderării la substrat etc.. În apele stătătoare, mişcările apei constau în: curenţi verticali, ascendenţi şi descendenţi, valuri, maree. Curenţii oceanici verticali sunt produşi, în principal, de acţiunea combinată a încălzirii inegale a maselor de apă şi a vântului. Efectele ecologice ale acestor curenţi sunt următoarele: curenţii ascendenţi aduc la suprafaţă nutrienţii sedimentaţi pe fundul apei, determinând productivitatea zonei respective, iar curenţii descendenţi transportă oxigenul spre straturile profunde ale apelor stătătoare, dând posibilitate şi aici dezvoltării vieţii. 35

Valurile se datorează acţiunii vântului şi au un rol important pentru vieţuitoarele acvatice, datorită amestecării masei de apă. Tot în această categorie intră şi valurile seismice (Tsunami), provocate de cutremure sau explozii vulcanice submarine. Viteza de propagare a lor poate ajunge la 800 km/oră, iar înălţimea valurilor la peste 30 m. Fluxul şi refluxul sunt oscilaţii periodice (aproximativ 12 ore) de nivel ale apelor oceanice, determinate de forţa de atracţie exercitată de Lună şi de Soare asupra Pământului. Un alt fenomen de acţiune a apei asupra ecosistemelor îl constituie inundaţiile care uneori pot conduce la perturbarea ecosistemelor. La mişcările apelor stătătoare, ca şi în zonele inundabile ale apelor curgătoare, organismele prezintă adaptări specifice care să le permită supravieţuirea. 3.1.5. Factorii edafici Solul este mediul în care se acumulează apa şi elementele nutritive necesare plantelor şi are o importanţă hotărâtoare în complexul de factori ce definesc biotopul. Solul este un organism viu care se află permanent sub acţiunea microflorei, florei, microfaunei şi faunei. În sol, milioane de microorganisme contribuie la descompunerea materiei organice şi la reciclarea sa. Solul este un amestec de fragmente de rocă anorganică şi material organic în descompunere sau humus. Conţinutul solului în elemente nutritive influenţează în mod deosebit compoziţia floristică a comunităţilor vegetale. Substanţele minerale necesare nutriţiei plantelor se grupează în: macroelemente primare (N, P, K) a căror concentrație în plante este de 0,2 - 6% din substanța uscată la azot, 0,2 – 1,7% la fosfor și 0,4 - 6% la potasiu; - macroelemente secundare: S (0,02 - 1,3%), Ca (0,01-7%), Mg (0,1-0,9%); microelemente (Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo), cu concentrații ce nu depășesc 0,01% din substanța uscată; ultramicroelemente, cu concentraţii în plante cuprinse între n·10-6 - n·10-12 % din substanța uscată [Rusu şi colab., 2005]. Fiecare dintre aceste elemente îşi are rolul său fiziologic în plantă şi pot fi adesea factori limitanţi pentru diferite specii de vegetale. Excesul, ca şi carenţa, în elemente minerale produc boli fiziologice la plante. Substanţele nutritive din sol pot fi active (combinaţii mobile, accesibile plantelor) sau potenţiale (inaccesibile plantelor, dar prin lucrări de ameliorare pot deveni accesibile). Suma cantităţilor celor două categorii de substanţe nutritive formează fondul total de substanţe nutritive ale ecosistemului terestru [Mohan şi Ardelean, 1993]. Solul, prin componentele sale, în special cele de natură coloidală (cele mai importante: argila şi humusul) are proprietatea de a absorbi substanţe minerale. Principala sursă de substanţe nutritive a solului o constituie humusul. Acesta are o capacitate mult mai mare de absorbţie a cationilor (Ca, Mg, K, Na, H) decât argila. Cu ajutorul microorganismelor, humusul se descompune, rezultând substanţe minerale care trec în soluţia solului – sursa directă de aprovizionare a plantelor cu substanţe nutritive. Conţinutul de apă a solului exercită o mare influenţă asupra compoziţiei şi concentraţiei soluţiei solului. Astfel, faza solidă a solului cedează continuu diferite substanţe care trec în soluţia solului iar de aici ajung în plantă. Absorbţia cationilor este una dintre cele mai importante proprietăţi ale solului, deoarece astfel sunt reţinuţi, şi deci feriţi de spălare, cationi cu rol important în nutriţia plantelor. Fertilitate corespunzătoare a solului nu înseamnă doar bogăţia solului în substanţe nutritive ci şi un raport optim între acestea. Aşa de pildă, la viţa-de-vie, excesul de calciu poate conduce la blocarea, în compuşi insolubili, a fierului generând cloroza ferică, o boală fiziologică gravă, manifestată prin îngălbenirea frunzelor [Oprea, 1995]. Reacţia solului reprezintă un element important în evaluarea fertilităţii solurilor şi înseamnă capacitatea acestuia de a disocia în ioni de hidrogen (H+) şi hidroxil (OH-), după relaţia: 36

H2O = H+ + OHLa temperatura de 25oC, în apa chimic pură, concentraţiile celor doi ioni sunt egale şi au valoarea de 10-7, ceea ce înseamnă că produsul concentraţiilor ionilor de H+ şi OH- (produsul ionic al apei) are valoarea constantă de 10-14 ion g/l. În felul acesta, este suficient să determinăm concentraţia unuia dintre ei pentru a cunoaşte concentraţia celuilalt ion. Valorile concentraţiei ionului de hidrogen are valori cuprinse între 0-10-14, însă pentru se lucra mai uşor, s-a acceptat ca acestea să fie exprimate prin logaritmul în baza zece cu semnul schimbat (pH). Valorile pH-ului sunt încadrate în domeniul 0....14. Ionul H+ imprimă apei proprietăţi acide iar ionul OH proprietăţi bazice. La valoarea 7 soluţia are pH neutru, când valoarea este sub 7 are reacţie acidă, iar peste 7 bazică [Botnariuc şi Vădineanu, 1982]. Reacţia solului exercită o mare influenţă asupra microorganismelor din sol. De exemplu, bacteriile nitrificatoare şi cele fixatoare de azot molecular au pH-ul optim cuprins între 6,5-7,9. Pentru fiecare specie există un interval optim de reacţie însă cele mai multe specii de plante se dezvoltă bine la o reacţie slab spre moderat acidă (pH 5,5-6,5). Reacţia solului determină modificări ale mobilităţii elementelor nutritive. Astfel, în mediu acid, ionii de Al3+, Fe2+ şi Mn2+ apar în soluţia solului în cantităţi toxice, în timp ce, unele specii importante de cationi precum Ca2+, K+ şi Mg2+ se vor absorbi mai greu, iar fosforul va precipita sub forma de fosfaţi de aluminiu, devenind inaccesibil plantelor. Cu excepţia molibdenului, microelementele au mobilitate mare în mediu acid, iar la pH alcalin sau neutru, mobilitatea lor se reduce, prin formarea de compuşi insolubili. Corectarea reacţiei acide a solurilor se poate face prin administrarea de amendamente calcaroase [Lixandru şi colab., 1990]. Monitorizarea şi cuantificarea acidităţii solului, precum şi a însuşirilor fizico-chimice ale solului se realizează prin efectuarea de analize agrochimice şi repetarea lor la intervale de 3-5 ani. Aceste analize ne indică şi măsurile cele mai eficiente de fertilizare a terenurilor agricole. Aşa după cum este cunoscut, absorbţia elementelor chimice de către plante este selectivă. De exemplu, porumbul extrage din sol cantităţi mari de azot, în timp ce lucerna foloseşte mult potasiu şi mai puţin azot, pe care şi-l asigură din atmosferă, prin fixare cu ajutorul bacteriilor simbionte de tip Rhyzobium. Acesta este un criteriu important în stabilirea rotaţiei culturilor. Dacă înfiinţăm culturi cu preferinţe identice sau asemănătoare în privinţa elementelor nutritive, vom secătui solul în acele elemente. Între concentraţia elementelor din sol şi compoziţia chimică a plantelor pot fi stabilite anumite relaţii. In felul acesta se poate calcula raportul de acumulare (RA), RA = conţinutul din plante/conţinutul total din sol şi indicele puterii de acumulare (IPA) IPA = conţinutul în plante/conţinutul dintr-un element asimilabil din mediu

În funcţie de pretenţiile plantelor faţă de cantitatea de substanţe nutritive din sol, avem: - specii oligotrofe care vegetează pe soluri sărace (Vaccinium myrtillus, Nardus stricta, Luzula luzuloides etc.); - specii eutrofe care au pretenţii ridicate faţă de fertilitatea solului (Adonis vernalis, Taraxacum officinale, Chenopodium album, Rubus caesius etc.) ; - specii mezotrofe, cu pretenţii intermediare (Dactylis glomerata, Festuca rubra, Potentilla argentea etc.). Aceste diferenţe între specii arată capacitatea de adaptare a plantelor la diverse condiţii de mediu. Alte adaptări ale plantelor se referă la reacţia solului şi la excesul unor cationi în soluţia solului. După adaptarea plantelor la reacţia solului avem: plante acidofile care preferă pH-ul scăzut: Vaccinium myrtillus, Raphanus raphanistrum, 37

Rumex acetosella etc.; plante bazofile care preferă pH-ul ridicat: Sinapis arvensis, Medicago lupulina etc.; plante neutrofile care preferă pH-ul neutru. Categoriile de adaptare a plantelor la excesul de cationi în soluţia solului sunt următoarele: specii calcifite care preferă solurile calcaroase: sparceta, bumbacul, viţa de vie, stejarul pufos etc.; specii calcifuge care nu suportă solurile calcaroase: Castanea sativa; specii nitrofite care preferă solurile bogate în compuşi cu azot: Urtica dioica, Datura stramonium, Solanum nigrum etc.; specii halofite întâlnite pe soluri saline şi alcaline, care la rândul lor pot fi: obligatorii, care vegetează numai pe soluri sărăturate (Salicornia europaea, Plantago maritima etc.), preferante, care se întâlnesc de regulă pe soluri saline, dar pot apărea şi pe alte soluri (Lotus tenuis, Juglans gerardi etc.) şi suportante, care cresc obişnuit pe alte soluri, dar pot vegeta şi pe cele cu salinitate mică (Matricaria chamomilla, Rumex stenophyllus etc.) [Ivan, 1979]. Atunci când plantele au intervale de toleranţă foarte restrânse, faţă de un factor ecologic abiotic, ele pot îndeplini rolul de plante indicatoare. Substanţele minerale din sol exercită o influenţă majoră şi asupra animalelor. Astfel, s-a observat că populaţiile de căprioare care se hrănesc pe soluri calcaroase sunt mai robuste, mai rezistente la boli, iar coarnele lor sunt mai rezistente [Mohan şi Ardelean, 1993]. 3.1.6. Interacţiunea factorilor abiotici Analiza factorilor abiotici, făcută în capitolele anterioare, ar putea conduce la concluzia greşită că fiecare dintre aceştia acţionează independent. În fapt, ei interacţionează permanent şi indisolubil, acţiunea lor asupra organismelor fiind concomitentă. Analiza efectelor ecologice ale factorilor abiotici asupra vieţuitoarelor trebuie făcută la trei niveluri diferite: - Macroclima este clima unor suprafeţe mari de teren (mare, câmpie, podiş, munţi, savană, stepă, tundră etc.), de sute sau mii de km, care permite dezvoltarea unor ecosisteme majore. Caracteristicile climei la această scară se obţin cu ajutorul staţiilor meteorologice, prin înregistrarea datelor climatice pe parcursul a zeci de ani. - Mezoclima se referă la clima unei zone mai restrânse. Astfel, într-o zonă cu o anumită macroclimă, se vor înregistra diferenţe importante între mezoclima unui versant nordic şi a unui versant sudic. - Microclima este clima la nivelul individului şi a locului unde se află, la un moment dat: pentru un şoarece vizuina în care trăieşte, pentru o omidă frunza sub care se adăposteşte, pentru o insectă piatra sub care se află ectc. Omul a influenţat şi continuă să influenţeze clima, mai ales prin industrie, agricultură şi transporturi (accentuarea efectului de seră, deteriorarea stratului de ozon, ploi acide etc.). 3.1.7. Legile acţiunii factorilor ecologici Fiecare factor ecologic poate deveni limitativ, dacă depăşeşte optimul ecologic şi vecinătăţile acestuia, sau se găseşte într-o cantitate insuficientă. a.) Legea toleranţei (Shelford, 1913) care stabileşte că un organism poate creşte şi se poate dezvolta numai între anumite valori limită (pessimum). Aceste limite de toleranţă delimitează domeniul de toleranţă pentru specia dată, în care se disting următoarele domenii: de carenţă, optim, toxic şi letal (fig. 14). Desigur, aceste limite diferă de la o specie la alta. b.) Legea minimului a fost formulată de către von Liebig, în anul 1840. Conform acestei legi, dezvoltarea plantei este dependentă în primul rând de acel element chimic din sol care are concentraţia cea mai scăzută. Prin urmare, chiar dacă celelalte elemente sunt în cantitate suficientă, planta nu se va dezvolta normal, numai dacă se vor administra îngrăşăminte cu acel element 38

nutritiv. Acest principiu este valabil şi pentru lumea animalelor, unde lipsa unor substanţe nutritive din alimentaţia lor poate conduce la boli fiziologice grave. Întrucât minimul unui factor suferă oscilaţii, legea minimului nu are validitate generală. De aceea, în locul acestei legi a fost propusă legea lui Mitscherlich [Mohan şi Neacşu, 1992].

Fig. 14. Legea toleranţei [Stugren, 1994]

c.) Legea efectului combinat al factorilor de creştere a fost formulată de Mitscherlich (1921). În conformitate cu legea minimului, odată cu creşterea factorului subdozat ar trebui să crească şi producţia plantelor, dar în realitate nu se întâmplă aşa. Potrivit legii lui Mitscherlich creşterea biomasei vegetale urmează proporţional creşterea concentraţiei fiecărui factor de creştere în funcţie de intensitatea specifică a acestui factor. Atât legea minimului cât şi legea lui Mitscherlich au fost demonstrate doar experimental, fiecare dintre ele având un domeniu de aplicativitate relativ redus. Dezvoltarea majorităţii organismelor depinde de interacţiunea factorilor. De aici, rezultă necesitatea studierii întregului fenomen ecologic, în funcţie de situaţia concretă în care se găseşte fiecare organism, de multitudinea de factori care le condiţionează creşterea, dezvoltarea şi chiar existenţa [Bran, 2003]. 3.1.8. Importanţa factorilor climatici pentru combaterea paraziţilor la plante Bolile şi dăunătorii produc pagube însemnate culturilor agricole, uneori pierderile provocate de un singur parazit putând ajunge la 100%. De aceea, în tehnologiile de cultură a plantelor de cultură se acordă o importanţă specială combaterii bolilor şi dăunătorilor. Eficienţa acestei acţiuni de combatere este dependentă de o bună prognoză şi avertizare a tratamentelor fitosanitare. Avertizarea stropirilor se face de către organe specializate (direcţii fitosanitare, staţiuni de cercetări cu profil agricol), pe baza corelării datelor privind evoluţia populaţiilor de boli şi dăunători cu fenologia culturii, cu observaţiile meteorologice, cu modul de acţiune a fungicidelor, cu rezistenţa soiurilor etc.. Aşadar, factorii agroclimatici au un rol important în stabilirea momentului de declanşare a acţiunii fitosanitare. În numeroase lucrări de specialitate mai vechi, autorii îşi exprimă îndoiala cu privire la rolul factorilor ecologici în luarea de decizii, privind efectuarea stropirilor la anumiţi paraziţi. Explicaţia constă în faptul că, în perioadele respective, de regulă, într-o unitate exista o singură staţie meteo care, de cele mai multe ori, deservea suprafeţe foarte întinse de teren. Prin urmare, deseori apăreau diferenţe foarte mari între stadiile de dezvoltare a paraziţilor pe teritoriul aceleiaşi unităţi. Astfel, factorul ecologic avea un rol mai puţin important în activitatea de avertizare a 39

tratamentelor fitosanitare, mai ales la unii paraziţi. În anul 1991, în România a apărut un sistem computerizat de înregistrare a factorilor agroclimatici, bazat pe sonde cu senzori pentru temperatură, precipitaţii, umiditate relativă a aerului, picături de apă pe frunze (fig. 15). Sondele sunt amplasate în diferite puncte ale teritoriului, considerate reprezentative pentru microclimatele respective. Fiecare sondă este dotată cu un emiţător cu baterii solare care transmite la intervale de 15 minute o telegramă cu datele înregistrate spre antena receptoare de pe cădirea unde se află receptorul. Din receptor, datele sunt descărcate în unitatea centrală a calculatorului. Aici sunt programe care fac posibilă calcularea datelor medii zilnice şi vizualizarea lor sub formă de date brute sau grafice. Ulterior s-au conceput algoritmi pentru calculul temperaturilor efective la diferite praguri biologice şi pentru avertizarea tratamentelor fitosanitare, la cei mai importanţi paraziţi ai plantelor de cultură. Avertizarea stropirilor se realizează pe baza corelaţiei dintre factorii ecologici înregistraţi în mod automat de sistem şi datele cerute de program, legate de biologia parazitului şi faza fenologică a plantei gazdă. Prin amplasarea sondelor cu senzori în diferite puncte ale zonei de interes există posibilitatea decalării tratamentului fitosanitar, în funcţie de stadiul vulnerabil al bolii sau dăunătorului. În aceste condiţii, importanţa factorului ecologic poate creşte semnificativ în activitatea de prognoză şi avertizare, fără eforturi deosebite, cu excepţia investiţiei iniţiale. După anul 2000, gama senzorilor amplasaţi pe sonde s-a lărgit foarte mult cu: senzori pentru viteza şi direcţia vântului, pentru măsurarea intensităţii luminii solare, pentru temperatura şi umiditatea din sol (locul de iernare a multor dăunători) etc.. De asemenea, programele computerizate de avertizare a tratamentelor fitosanitare se îmbunătăţesc continuu.

Fig. 15. Sistemul computerizat AgroExpert de înregistrare a factorilor agroclimatici 40

1. Sonda, 2. Senzori pentru temperatură, umiditate relativă a aerului (introduşi în microadăpost), picături de apă pe frunze, 3. Pluviometru, 4. Senzori pentru vânt (viteza şi direcţie) şi pentru intensitatea luminii, 5. Baterie solară, 6. Antenă emiţătoare, 7. Receptor, 8. Computer

3.2. Factorii biotici Factorii biotici cuprind interacţiunile (relaţiile) care se manifestă între diverse organisme ce populează un biotop şi au implicaţii profunde în constituirea şi evoluţia ecosistemelor. Atunci când relaţiile (coacţiile) se stabilesc între indivizii aceleiaşi specii se numesc homotipice sau intraspecifice iar atunci când au loc între indivizii diferitelor specii se numesc heterotipice sau interspecifice. 3.2.1. Relații homotipice Relaţiile homotipice sunt cele care se realizează în interiorul speciei. Principalele tipuri de coacţii homotipice se referă la efectul de grup şi efectul de masă. Efectul de grup este rezultatul asocierii mai multor indivizi din aceeaşi specie, în scopul procurării hranei, apărării de duşmani etc. De exemplu, lupii sunt mult mai eficienţi la vânătoare atunci când sunt organizaţi în haite, bivolii africani se vor apăra mult mai bine de lei atunci când sunt în turmă. La unele specii este necesară existenţa unui număr minim de indivizi, pentru asigurarea menţinerii speciei în biocenoză. În stupi, furnicare (fig. 16), termitiere, fiecare membru al familiei are sarcini precise, iar socializarea este aşa de avansată încât individul pare a fi doar un organ al unui superorganism. Prin urmare, efectul de grup are un efect benefic asupra evoluţiei populaţiei. Efectul de masă se manifestă când mediul este suprapopulat şi constă în autolimitarea numerică a indivizilor. Exemplu clasic este cel al gândacului făinii (Tribolium confusum): când numărul de indivizi este prea mare, femelele îşi pierd fecunditatea, o parte din larve sunt mâncate de părinţii lor, iar indivizii rămaşi secretă diferite substanţe care inhibă procesul de reproducere [Ionescu, 1988]. Prin urmare, efectele asupra evoluţiei populaţiei sunt preponderent negative. Aspectul pozitiv constă în şansa pe care o oferă indivizii rămaşi în viaţă de a perpetua specia.

41

Fig. 16. Efectul de grup în furnicar. Indivizii au dimensiuni diferite pentru a-şi putea îndeplini sarcinile [Bourdial şi colab., 2002]

3.2.2. Relații heterotipice. Acest tip de relaţii se stabilesc între populaţiile diferitelor specii din cadrul unei biocenoze şi formează una dintre cele mai importante caracteristici ale acestui nivel de organizare a materiei vii. Conexiunile formate între indivizii diferitelor specii determină integralitatea biocenozei, circuitul substanţelor, fluxul de energie prin ecosistem, autocontrolul ecosistemului, intensitatea şi formele selecţiei, productivitatea ecosistemului etc.. Relaţiile interspecifice sunt extrem de diverse şi de complexe. De-a lungul timpului, ecologii au făcut diverse clasificări ale relaţiilor interspecifice. Majoritatea dintre acestea acceptă existenţa a două categorii de relaţii: - relaţii pe baza criteriului efectului direct (principiul individual) - relaţii pe baza criteriului rolului lor în viaţa populaţiilor (principiul populaţional) 3.2.2.1. Relații interspecifice stabilite pe criteriul efectului direct Între indivizii a două specii diferite se stabilesc o serie de relaţii interspecifice sau coacţii, care pot fi exprimate matematic astfel: efect neutru = 0 efect pozitiv = + efect negativ = 1. Independenţa sau neutralismul (0 0) - este atunci când cele două specii vieţuiesc independent şi n-au nicio influenţă una asupra celeilalte. Exemplu: căprioară – cărăbuş de mai. Unii autori afirmă că forma propriu-zisă de neutralism este rară, deoarece populaţiile biologice care coexistă într-un teritoriu sunt dependente una de cealaltă, dacă nu direct, atunci în mod indirect, prin populaţii intermediare. Cel mai potrivit exemplu în acest sens este cel al lui Darwin, dintre producţia de sămânţă de trifoi şi pisici [Tufescu şi Tufescu, 1981]. 2. Competiţia interspecifică (- -) este un tip de coacţie nefavorabilă ambelor specii. De 42

regulă, competiţia interspecifică apare şi se manifestă ca urmare a utilizării de către două sau mai multe specii a aceloraşi resurse ale biotopului (hrană, lumină, adăpost etc.). Cu cât speciile sunt mai apropiate în ce priveşte " cerinţele" lor faţă de factorii de mediu, cu atât competiţia interspecifică este mai pronunţată (Exemplu: buruieni – plantă de cultură). Specia cea mai puţin adaptată condiţiilor poate dispărea. 3. Mutualismul (+ +). In acest caz, relaţia este obligatorie, ambele populații fiind influenţate pozitiv, deci profită de pe urma convieţuirii. Mutualismul este foarte răspândit în natură. Un caz binecunoscut de mutualism este reprezentat de licheni. Acestia sunt rezultatul convieţuirii unei alge cu o ciupercă. Alga, prin utilizarea energiei solare, produce substanţa organică necesară propriei existenţe, dar şi ciupercii, incapabile de sinteză. Ciuperca are în schimb posibilitatea să reţină în miceliul ei apă, substanţe azotoase şi dioxid de carbon, necesare algei în fotosinteză. Relaţia dintre bacteriile fixatoare de azot (Rhizobium) şi plantele din familia Fabaceae sunt un alt exemplu de mutualism (fig. 17).

a.

b.

c.

Fig. 17. Relaţie de mutualism a şi b. plante leguminoase - bacterii fixatoare de azot c. licheni (algă + ciupercă)

Tot relaţie mutuală este şi micoriza, respectiv simbioza dintre hifele unor ciuperci şi rădăcinile unor plante (specii lemnoase, graminee, solanacee). Ciupercile cresc, fie intra- fie intercelular. Complexul rădăcină - ciupercă este mai eficient în absorbirea sărurilor minerale şi este esenţial pentru dezvoltarea arborilor. Planta asigură ciupercii glucidele de care are nevoie. Ciuperca transformă azotul din humus în azot accesibil pentru plantă; asimilează fosforul din rocile fosfatice din sol, punându-l la dispoziţia plantei; presiunea osmotică din hife fiind foarte mare, acumulează apa extrem de necesară gazdei, mai cu seamă în perioadele secetoase şi în condiţii de salinitate. De aceea micotrofia în zone aride si în taiga reprezintă unica formă de nutriţie a plantelor lemnoase. 4. Protocooperarea (+ +). Ca şi mutualismul este o relaţie bilaterală pozitivă, avantajoasă pentru ambele specii însă legătura dintre ele nu este obligatorie, pentru nici una dintre specii. De exemplu, unii crabi au fixate pe spatele lor actinii (celenterate). Avantajele există de ambele părţi : corpul crabului este mai bine apărat, iar actiniile se deplasează mai uşor putându-se hrăni mai bine, inclusiv cu resturile rămase din hrana crabului [Botnariuc şi Vădineanu, 1982]. Un alt exemplu îl constituie relația dintre hipopotami, girafe, rinoceri şi ciugulitorul vitelor cu cioc roşu (Buphaghus erythrorhynchus) care se hrănește cu paraziții de pe corpul mamiferelor (fig. 18). 5. Comensalismul (+ 0). Relaţia este obligatorie pentru comensal in timp ce „gazda" nu este afectată de această convieţuire. Exemplu: speciile de plante epifite (orchidee) care se fixează de trunchiul arborilor şi prezintă numeroase rădăcini aeriene prin care planta absoarbe substanţele nutritive şi apa (fig. 19).

43

Fig. 18. Protocooperarea – relaţie interspecifică între hipopotam (Hippopotamus amphibius) şi ciugulitorul vitelor cu cioc roşu (Buphaghus erythrorhynchus)

Fig. 19. Relaţie interspecifică de comensalism între orchidee şi arbori

6.) Amensalismul (antibioza, antagonism) (- 0) constă în faptul că un component (amensalul) este inhibat în creşterea sau dezvoltarea sa de către unele substanţe elaborate de partener. Relaţia nu este obligatorie pentru nici unul din componenţi. O serie de produşi chimici eliminaţi de microorganisme, plante superioare sau chiar de animale au efect inhibitor asupra dezvoltării indivizilor aparţinând altor specii. Aşa sunt, de exemplu, antibioticele produse de bacterii şi ciuperci. Atunci când această coacţie se manifestă între plante poartă denumirea de alelopatie. Aceasta poate fi definită ca influenţa chimică reciprocă dintre organisme în natură, ce se realizează datorită eliminării în mediu de către un organism donator (emiţător) a unor produse metabolice care se răspândesc şi acţionează asupra organismelor receptoare. Căile precise de desfăşurare a proceselor alelopatice nu sunt încă bine cunoscute. Aceste aspecte sunt detaliate la capitolul 4.3 - Structura biochimică a ecosistemelor. 7.) Parazitism (+ -) este o formă de relaţie interspecifică antagonică ce implică un efect pozitiv pentru parazit şi un efect inhibitor pentru gazdă. Paraziţii trăiesc la suprafaţă (exoparazit) sau cel mai frecvent în interiorul prăzii (endoparazit) unde consumă materie vie sau produse metabolice. Parazitul este dependent de partenerul său ce-i serveşte ca pradă. Parazitul este mai mic decât prada sa căreia îi poate provoca chiar moartea. In raporturi de parazitism cu plantele autotrofe, pot intra microorganismele parazite, animalele şi plantele heterotrofe. Reprezentanţii cei mai cunoscuţi ai plantelor heterotrofe sunt torţelul (Cuscuta sp.) şi lupoaia (Orobanche sp.). Acestea îşi procură seva brută şi apa de la alte plante şi au o mare varietate de gazde. După răsărire, torţelul are rădăcini, dar acestea se usucă imediat ce îşi găseşte o plantă gazdă, de care se agaţă cu ajutorul unor ventuze ce pătrund până la nivelul vaselor conducătoare lemnoase (fig. 20). Cuscuta sp. atacă multe specii de plante însă cele mai mari pagube le produce la trifoi şi lucernă. Lupoaia procedează similar însă se fixează pe rădăcinile plantelor; sunt cunoscute peste 100 de specii de Orobanche (fig. 21).

Fig. 20. Relaţie de parazitism la plante heterotrofe: Cuscuta sp.

44

Fig. 21. Relaţie de parazitism la plante heterotrofe: Orobanche sp.

8.) Prădătorism (+ -). Ca şi în cazul parazitismului, relaţia este obligatorie şi pozitivă pentru prădător (vânător) şi negativă pentru pradă (vânat). Spre deosebire de parazitism unde, de regulă, parazitul nu-şi omoară gazda, deoarece ar duce la moartea parazitului, prădătorul îşi omoară prada. Pentru culturile agricole, paraziţii si prădătorii naturali pot juca un rol foarte important în reducerea pagubelor produse de insectele fitofage. Aceştia sunt însă foarte sensibili la produsele pesticide, de aceea trebuie protejaţi.

Fig. 22. Atacul păduchelui din San José (Quadraspidiotus perniciosus) pe fruct

Fig. 23. Prospaltella perniciosi – parazit natural al păduchelui din San José

În figura 22 este prezentat atacul păduchelui din San José la măr, iar în figura 23 unul dintre paraziţii naturali ai păduchelui care se hrănesc cu larvele gazdei. Figura 24 înfăţişează un lăstar de măr colonizat de afidul Aphis pomi, un dăunător fitofag frecvent întâlnit la această specie pomicolă. În figura 25 este prezentat unul dintre prădătorii naturali importanţi ai păduchilor de frunze – buburuza (Coccinela septempunctata). Un adult de 45

Coccinela poate consuma până la 50-60 păduchi de frunze pe zi.

Fig. 24. Atacul păduchilor de frunze (Aphis pomi) la măr

a.

b.

Fig. 25. Coccinela septempunctata (buburuza) - prădător natural al afidelor a.) adult b.) larvă

Prădătorii şi paraziţii insectelor fitofage stau la baza combaterii biologice a dăunătorilor în culturile ecologice. 3.2.2.2. Relații interspecifice stabilite pe criteriul rolului lor în viaţa populaţiilor În examinarea relaţiilor interspecifice, abordarea acestor relaţii la nivel populaţional este mai corectă decât cea individuală, deoarece populaţia este veriga esenţială în transferul materiei şi al energiei din cadrul ecosistemului şi nu individul. Punctul de vedere individualist tinde, într-o oarecare măsură, să echivaleze trăsăturile individuale cu cele ale populaţiilor. Pentru o mai bună înţelegere a afirmaţiei de mai sus, se va da un exemplu edificator: într-o populaţie de zebre din savană, indivizii cu diverse deficienţe, fie congenitale, fie dobândite pe parcursul vieţii, sunt cei mai vulnerabili la atacul prădătorilor (lei, hiene, câini sălbatici etc.) şi vor fi victimele aproape sigure ale acestora. După clasificarea la nivel individual, este vorba de o relaţie interspecifică de prădătorism, negativă pentru pradă, pozitivă pentru prădător. Dacă judecăm lucrurile însă la nivelul populaţiei de zebre, acţiunea prădătorilor este una benefică, din cel puţin două motive: evitarea transmiterii genelor nefavorabile la urmaşi şi prin aceasta menţinerea vigorii speciei; evitarea înmulţirii exagerate a erbivorelor şi a riscului de a-şi epuiza sursele de hrană. La nivel populaţional, relaţiile interspecifice sunt legate de reproducere, de răspândire, de hrană şi de apărare. A. Relaţii interspecifice legate de reproducere. Aceste relaţii se referă la faptul că, la multe specii, reproducerea este condiţionată de prezenţa altor specii. Această dependenţă nu vizează însă hrana, ci diverse aspecte legate de reproducere. De exemplu, pentru reproducerea multor specii de păsări sunt necesare scorburile unor 46

copaci. Unele specii de cuc au nevoie de cuiburile altor păsări pentru a-şi depune ouăle. Reproducerea plantelor entomofile implică prezenţa şi acţiunea insectelor polenizatoare. B. Relații interspecifice legate de răspândire. Numeroase specii de plante şi animale se răspândesc cu ajutorul altor specii. Astfel, păsările şi mamiferele pot transporta seminţele şi fructele unor plante la distanţe apeciabile. Realizarea diseminării pe această cale implică unele formaţiuni speciale ale fructelor şi seminţelor: aşa sunt, de pildă, cârligele sau ţepii încovoiaţi ai unor fructe (turiţa – Galium aparine; scaietele – Xanthium strumarum). În alte cazuri plantele sunt consumate de animale împreună cu seminţele care, având tegumentul tare, trec prin tubul digestiv fără a-şi pierde puterea de germinaţie. La fel se întâmplă şi cu ouăle de rezistenţă ale unor crustacee care trec nevătămate prin intestinul păsărilor. Unele plante se răspândesc cu ajutorul furnicilor (mirmecohoria) [Botnariuc şi Vădineanu, 1982]. Sunt şi dăunători periculoşi ai plantelor de cultură care se răspândesc cu ajutorul animalelor. De exemplu, la cireş, larvele păduchelui din San Jose (Quadraspidiotus perniciosus) se prind de corpul graurilor (Sturnus vulgaris), care se hrănesc cu fructe coapte, apoi sunt transportate în coroanele altor pomi sau în alte livezi, infestându-le [Maxim şi colab., 1999]. C. Relaţiile trofice În cadrul biocenozei, legăturile dintre specii, bazate pe nutriţie, sunt cele mai importante. În cadrul relaţiilor trofice, fiecare specie reprezintă o verigă în transferul şi transformarea substanţelor şi energiei în ecosistemul dat. Legăturile trofice stau la baza circuitului biogen al materiei şi creează relaţii complexe între specii de plante şi animale. Majoritatea adaptărilor organismelor sunt legate de poziţia trofică pe care o ocupă specia în ecosistem. Din legăturile trofice rezultă şi relaţii interspecifice dintre speciile aceluiaşi nivel trofic. În acest caz, nu au loc schimburi de substanţă şi energie între specii dar, pentru că utilizează aceleaşi resurse de hrană, lumină, spaţiu etc., sunt în competiţie. Aici, prin presiunea selecţiei apar diverse adaptări, prin specializarea nutritivă, comportamentală şi spaţială a populaţiilor (nişe ecologice). Aceste adaptări, din cadrul unui nivel trofic, influenţează şi relaţiile de la celelalte niveluri trofice. Astfel, prin adaptările reciproce ale speciilor se cimentează legăturile dintre ele şi devin interdependente. Aceste relaţii constituie unul dintre factorii importanţi ai integralităţii biocenozei. După caracterul nutriţiei organismele vii se împart în două mari categorii: autotrofe şi heterotrofe. a. Organismele autotrofe cuprind plantele verzi, bacteriile fotosintetizante şi bacteriile chemosintetizante. Aceste organisme sunt independente de materia organică din mediu, ele sintetizându-şi substanţele organice direct din substanţe minerale şi dioxid de carbon. Pentru sinteza substantelor organice, organismele autotrofe utilizează fie energia solară (plante verzi, bacterii fotosintetizante), fie energia proceselor oxidative (bacterii chemosintetizante). b.) Organismele heterotrofe cuprind consumatorii de diferite ordine și organismele parazite şi saprofite, care nu produc materie organică, ci o preiau din mediu. Paraziţii se hrănesc pe seama organismelor vii, iar saprofitele cu materie organică moartă, pe care o descompun până la formarea de bioxid de carbon, amoniac, elemente minerale şi apă. Aceste substanţe vor fi din nou asimilate de către plantele verzi, sau de către bacteriile chemosintetizante. După compoziţia hranei animalele sunt fitofage, zoofage şi mixte. După numărul de specii de plante pe care le atacă, animalele fitofage pot fi : monofage care se hrănesc cu o singură specie sau cu mai multe specii de plante din acelaşi gen botanic (exemplu: filoxera viţei de vie – Phylloxera vastatrix), oligofage care au ca sursă de hrană plante din specii aparţinând aceleiaşi familii botanice sau unor familii înrudite (exemplu: gărgăriţa sfeclei – Bothynoderes punctiventris) şi polifage care se hrănesc cu specii de plante din diferite familii (exemplu: viermele sârmă – Agriotes lineatus). După natura organelor consumate, animalele fitofage se împart în: xylofage care se hrănesc cu lemn sau scoarţă (exemplu: cariul mic al scoarţei – Ruguloscolytus rugulosus Ratz.), seminifage care se hrănesc cu seminţe (exemplu: gărgăriţa fasolei – Acanthoscelides obtectus), filofage care se 47

hrănesc cu frunzele plantelor (exemplu: minatorul circular al mărului – Leucoptera scitella), saprofage care se hrănesc cu materie organică moartă în descompunere (exemplu: Silphidae sp.) [Perju şi colab., 1983]. La capitolul «Structura trofică a ecosistemului», din prezenta carte, se vor detalia şi alte aspecte legate de relaţiile trofice din ecosisteme. D. Relaţiile interspecifice legate de apărare Relaţiile interspecifice legate de apărare sunt o consecinţă a relaţiilor trofice. În manualele de ecologie există o serie de clasificări ale acestor relaţii. În această carte s-a optat pentru o prezentare simplificată a mijloacelor de apărare. a.) Apărarea individuală. Această categorie include diferite adaptări privind apărarea pasivă şi apărarea activă. La animale, printre mijloacele de apărare pasivă se numără: carapacea broaştelor ţestoase, cochiliile melcilor şi ale scoicilor bivalve, ţepii, perii etc.. Desigur că şi prădătorii acestora s-au adaptat, în privinţa mijloacelor de atac. Astfel, unele hirudinee omoară melcii, chiar adăpostiţi în cochilie; păsările de apă (stârcii) sparg scoicile bivalvelor, consumându-le.

a. Urtica dioica

b. Euphorbia cyparissias

c. Colchicum autumnale

Fig. 26. Mijloace de apărare pasivă la plante

Unele animale (coleoptere şi alte insecte, unele animale acvatice), posedă un alt mijloc de apărare, prin care pot scăpa de urmăritor: la cea mai mică iritare, animalul se imobilizează perfect, simulând moartea.

Fig. 27. Aglais urticae – specie care s-a adaptat la efectul perilor urticanţi ai urzicii vii (Urtica dioica)

Unele specii de animale sunt evitate de duşmani datorită gustului lor neplăcut. Aşa este cazul coleopterului Leptinotarsa decemlineata (gândacul din Colorado). Această însuşire nu înseamnă însă lipsa totală a paraziţilor şi prădătorilor naturali. Printre mijloacele de apărare pasivă la plante, se pot cita: ţepii, spinii, perii care acoperă corpul (cactuşi, compozite, euforbiacee, unele leguminoase). Ca orice adaptare şi acestea sunt relative: cămilele, girafele, insectele fitofage pot consuma şi arbuşti ţepoși. Tot apărare pasivă la plante înseamnă şi substanţele chimice toxice sau repelente, care ţin la distanţă erbivorele. Exemple: laptele câinelui (Euphorbia sp.), urzica vie (Urtica dioica), brânduşa de toamnă (Colchicum autumnale), piciorul cocoşului (Ranunculus sp.) etc. (fig. 26). Cu toate acestea, există animale care consumă aceste plante, datorită capacităţii lor de a detoxifica în corpul lor aceşti compuşi chimici. Exemple: omizile de Celerio euphorbiae care se hrănesc numai cu frunze de euphorbiaceae, omizile de Aglais urticae (fig. 27) care se hrănesc cu frunze de urzică etc.. Mijloacele de apărare individuală activă: fuga, zborul, înotul, reprezintă mijloace de 48

apărare individuală activă. La unele specii, eficienţa acestor mijloace este sporită prin alternarea unei deplasări rapide cu imobilitate perfectă. Succesul acestor metode este completat de homocromia acestor animale (exemple: şopârle, şerpi etc.). Şopârlele și șoarecii de câmp prezintă fenomenul numit autotomie prin care animalul, atunci când este în pericol, are posibilitatea să-şi părăsească coada, în urma unei contracţii musculare (fig. 28). Tot mijloace de apărare individuală activă sunt: îngroparea rapidă in nisip (exemplu: unele şopârle, unele coleoptere deşertice etc.), mandibulele, coarnele, dinţii, ghearele, copitele etc..

Fig. 28. Autotomie la şopârle – mijloc eficient de a scăpa de prădători

b.) Apărarea colectivă. Aglomerările locale de indivizi, permanente sau temporare, au un rol important atât în nutriţie cât şi în apărare. Există numeroase specii de alge care produc metaboliţi toxici pentru animale. Prin aglomerare, aceste specii de alge determină o anumită concentrare a substanţelor toxice în mediu şi astfel vor fi evitate de unii consumatori ai lor.

a.) turmă de bivoli sălbatici

b.) stol de păsări

c.) banc de peşti

Fig. 29. Apărarea colectivă la diverse animale

Bancurile de peşti, stolurile de păsări, turmele de mamifere erbivore se feresc şi se apără mai bine de atacul duşmanilor decât indivizii izolaţi (fig. 29). Un alt mijloc de apărare colectivă constă în realizarea unor densităţi mari (ecloziunea în masă a puietului de peşte, apariţia masivă a puilor din turmele erbivorelor), realizate într-un timp cât mai scurt. Aceste densităţi reduc la minimum momentele cele mai vulnerabile pentru populaţie şi determină o anumită saturare a răpitorului. La insectele cu viaţă de grup (furnici, albine, termite etc.), apar indivizi specializaţi pentru apărarea coloniilor. La termite şi furnici, apărarea este asigurată de aşa numiţii «soldaţi», iar la albine de către albinele lucrătoare. În cel de-al doilea caz, apărarea se face cu preţul vieţii indivizilor care utilizează acul. Deşi acest mod de apărare este unul evoluat şi eficient, el nu este perfect; şi în acest caz, există răpitori specializaţi în hrana cu insecte coloniale [Botnariuc şi Vădineanu, 1982]. CONCLUZII privind mijloacele de apărare niciun mijloc de apărare, nu are valoare absolută; niciodată prada nu devine invulnerabilă pentru duşmani, deoarece aceasta ar însemna izolarea sa de mediul în care trăieşte; pe măsura perfecţionării mijloacelor de apărare ale prăzii se perfecţionează şi mijloacele de atac ale prădătorului; nu este important să supravieţuiască toţi indivizii unei populaţii; este esenţial să 49

supravieţuiască suficienţi indivizi pentru a se putea menţine specia; - orice specie are mai mulţi duşmani, dintre care unul sau câţiva sunt mai periculoşi; selecţia, în privinţa mijloacele de apărare, acţionează în sensul apărării de duşmanii care pun în pericol supravieţuirea populaţiei. 3.2.3. Relaţii complexe Aşa cum rezultă din prezentarea relaţiilor homotipice şi heterotipice, o populaţie este legată, mai mult sau mai puţin, atât de alte populaţii (din acelaşi nivel trofic sau niveluri diferite) cât şi de mediul său abiotic. Semnificaţia deplină a acestor relaţii nu poate fi înţeleasă secvenţial, ci numai la nivelul ecosistemului ca întreg. Desigur că aceste analize, privind legăturile unei populaţii cu mediul său biotic şi abiotic sunt dificile, deoarece niciodată nu putem cunoaşte în întregime ansamblul acestor conexiuni. Astfel, în Parcul Naţional Kruger, din Africa de Sud, s-a constatat că zebrele (Equus burcheli) şi antilopele gnu (Conochaetes taurinus) au realizat valori maxime ale ratei de creştere în anii mai secetoşi, când terenul este acoperit cu ierburi scunde. În aceste condiţii, populaţiile celor două specii de erbivore trăiesc în turme mari, putându-se apăra şi hrăni în condiţii bune. În anii ploioşi, cu precipitaţii peste media multianuală, s-a observat, în schimb, un declin al populaţiilor de zebre şi antilope gnu. Datorită precipitaţiilor, ierburile au fost mult mai înalte şi în aceste condiţii, turmele mari de erbivore s-au împărţit în turme mai mici, sporind considerabil probabilitatea contactului cu prădătorii. În plus, animalele erau mult mai slăbite, din cauza parazitozelor, favorizate de vremea umedă. Astfel, zebrele şi antilopele gnu devin o pradă mai ieftină pentru marile carnivore africane [Botnariuc şi Vădineanu, 1982]. Exemplul de mai sus ne demonstrează, cât se poate de clar, deficienţele cercetării relaţiei pradă – prădător, doar prin prisma relaţiilor bilaterale. Declinul celor două specii pradă este legat atât de factorii biotici cât și de cei climatici. Ploile abundente au condus la creşterea intensă a ierburilor, la schimbarea nutriţiei erbivorelor, la favorizarea dezvoltării şi răspândirii parazitozelor, la modificarea spaţială a populaţiilor de erbivore de unde rezultă creşterea vulnerabilităţii zebrelor şi antilopelor gnu. La fel de complexe sunt aceste relaţii şi în agroecosisteme. Exemplul care vine să confirme această idee este legat de evoluţia şi răspândirea unor paraziţi vegetali, în plantaţiile de măr. Maxim (2007) a constatat că livezile de măr fertilizate cu îngrăşăminte organice şi chimice prezentau un atac masiv de foc bacterian al rozaceelor (Erwinia amylovora), la soiurile sensibile, în timp ce pomii aparţinând aceloraşi soiuri, din livezile abandonate, nu erau deloc afectaţi de bacterioză. Aşadar, factorii care au influenţat evoluţia bolii nu se referă numai la sensibilitatea soiului, regimul precipitaţiilor şi al umidităţii relative, fungicide utilizate, acţiunea agenţilor biologici de control, ci şi la starea de nutriţie a pomilor. Acelaşi fenomen s-a observat şi la acarianul roşu al pomilor (Panonycus ulmi) care, în livezile întreţinute, avea un atac mediu de 14 indivizi/frunză (la martorul netratat 23 de indivizi/frunză) iar în livezile nelucrate de circa cinci ani, doar sporadic s-a identificat câte un acarian. Explicaţia constă în activitatea nestingherită a paraziţilor şi prădătorilor naturali dar şi în starea de nutriţie a pomilor şi în suculenţa diferită a frunzelor. Cea de-a doua cauză rezultă din starea fitosanitară a martorului netratat. Exemplul anterior confirmă concluzia la care a ajuns cercetătorul francez Francis Chaboussou [citat de Maxim, 1994]. Acesta constată că, exarcerbarea atacului unor boli şi dăunători la pomi şi viţă-de-vie, se datorează în bună parte şi sensibilizării plantelor de către produsele organice de sinteză (pesticide, îngrăşăminte chimice, îngrăşăminte foliare) aplicate neraţional în plantaţii. Relaţia plantă – parazit este de ordin nutritiv, iar sensibilitatea plantelor la boli şi dăunători este strâns legată de nivelul substanţelor solubile. Predominanţa proteolizei determină creşterea sensibilităţii, iar predominanţa proteosintezei duce la mărirea rezistenţei plantelor la paraziţi. O serie de pesticide (organo-clorurate, ditiocarbamaţi, benzimidazoli) reduc sinteza proteinelor, favorizând descompunerea acestora în aminoacizi. Insecticidele pe bază de carbaryl şi unii esteri fosforici stimulează, prin nutriţie, fecunditatea şi longevitatea acarienilor şi schimbă raportul 50

sexelor în favoarea femelelor. Pomii, la care se face referire în lucrarea citată, aveau atac mare de foc bacterian şi acarieni şi datorită dezechilibrelor metabolice produse de pesticidele şi îngrăşămintele utilizate. Aceasta demonstreaază că, deşi diversitatea agrobiocenozelor este mai redusă decât a biocenozelor şi aici relaţiile dintre plante, animale, factori abiotici sunt deosebit de complexe. Aceste relaţii trebuie cunoscute de către specialişti în detaliu, pentru a se putea lua măsurile cele mai potrivite de menţinere a echilibrului între toate aceste elemente. De exemplu, în cazul prezentat mai sus, pentru menţinerea unui echilibru între pradă-prădător-parazit nu este suficient să apelăm la clasicele tratamente fitosanitare ci este necesară studierea tuturor interacţiunilor din agroecosistem, în toată complexitatea lor.

Capitolul 4

STRUCTURA ECOSISTEMELOR Analiza unui ecosistem trebuie să surprindă atât caracteristicile sale de organizare, respectiv structurile componente şi funcţionalităţile acestora (analiza sincronă), cât şi modificările sale în timp (analiza diacronă) [Tufescu şi Tufescu, 1981]. Structura unui ecosistem este una funcțională, așa cum rezultă și din cele prezentate în capitolul de față. În acest curs ne vom limita la următoarele patru structuri ale ecosistemului: spaţială, trofică, biochimică şi temporală. 4.1. Structura spaţială a ecosistemelor Privit în ansamblu, un ecosistem este destul de omogen dar, în fapt, el poate fi alcătuit dintr-o serie de microhabitate, datorită configuraţiei substratului şi intensităţii factorilor abiotici. De aceea, ecologii au subîmpărţit ecosistemele în unităţi structurale mai mici care au o evoluţie specifică, dar relativ dependentă faţă de ansamblu. Astfel, ecosistemul apare împărţit în unităţi de acţiune mai mari sau mai mici care formează o structură orizontală şi una verticală. A.) Structura orizontală permite delimitarea a trei categorii structurale: bioskena, consorţiul şi sinuzia. a.) Cea mai mică unitate (subsistem) a ecosistemului natural este bioskena sau merotopul prin care întelegem un spaţiu redus al ecosistemului, cu condiţii de viaţă foarte uniforme (omogene), alcătuit din diferiţi reprezentanţi ai florei şi faunei [Popovici – Bâznoşanu, 1937 citat de Puia şi colab., 1998]. Exemple: lumea animală şi vegetală de sub o piatră, de sub un trunchi de copac mort, de sub o căpiţă de fân etc. b.) Consorţiul (biochoria) este o grupare de indivizi din specii diferite, care trăiesc în jurul unui individ, cu rol de nucleu central. Indivizii respectivi sunt dependenţi de individul central prin hrana şi adăpostul pe care acesta le oferă. Consorţiul înseamnă un complex de bioskene alcătuit dintr-un sistem de indivizi şi nu de populaţii. Rolul de nucleu central îl poate avea un arbore, o tufă, un pom din livadă, în jurul cărora se formează cercuri de consumatori primari, secundari, terţiari. Individul central poate fi şi un animal care va fi însoţit de bacterii, ciuperci, insecte parazite, insecte coprofage (se hrănesc cu excremente de animale) etc.. c.) Sinuzia (sinuzie = asociaţie, în limba greacă) înseamnă partea structurală a ecosistemului, alcătuită dintr-o populaţie cu rol de nucleu central care grupează în interiorul ei mai mulţi indivizi sau populaţii din alte specii. Sinuziile apar ca nişte microbiocenoze ataşate unor porţiuni relativ uniforme de biotop. Ele se delimitează topografic după asociaţiile vegetale dominante. O sinuzie 51

este compusă dintr-un complex de consorţii grupate în jurul unei populaţii; la rândul lor, mai multe sinuzii pot forma un ecosistem. O sinuzie nu are funcţie energetică proprie şi nici un circuit biogeochimic propriu, deci nu poate fi confundată cu un ecosistem. Într-o pădure de foioase sau răşinoase din zona temperată se consideră sinuzie stratul de muşchi, iar stratul erbaceu este o altă sinuzie. Într-un ecosistem agricol, o depresiune, cu condiţii de umiditate ridicată, va avea o vegetaţie higrofită specifică, la care se vor ataşa indivizi din anumite specii de animale. Aceasta este o sinuzie a agroecosistemului respectiv. O poiană, dintr-o pădure de foioase, poate fi considerată o sinuzie, care se deosebeşte de restul pădurii, atât prin aspectul general cât şi prin varietatea de specii care o compun. Aici se dezvoltă abundent vegetaţia erbacee, ceea ce nu se întâmplă acolo unde coronamentul pădurii este încheiat [Şchiopu şi colab., 2002]. Dacă în cursul unei perioade de vegetaţie producătorul primar care defineşte sinuzia respectivă se va schimba, atunci, pe aceeaşi porţiune de biotop, se pot succeda mai multe sinuzii. B.) Structura verticală Părţile structurale ale ecosistemelor terestre prezintă o stratificare clară pe verticală (fig. 30). La baza acestei stratificări stau producătorii primari care sunt legaţi direct de lumina solară. Stratificarea apare evidentă în ecosistemele cu plante care au înălţimi complet diferite. Aşa, de exemplu, într-o pădure de foioase din zona temperată vom identifica următoarele straturi: - stratul mineral (I), bogat în substanţe minerale; - stratul organic (II), bogat în substanţe de natură organică (microorganisme, larve, râme etc.); - patoma (III) – alcătuită din stratul subţire de la suprafaţa solului, cu organisme vii şi moarte (strat de muşchi şi licheni, frunze moarte, insecte detritofage etc.); - stratul erbaceu (IV); - stratul vegetaţiei arbustoide (V); - stratul arborilor înalţi (VI, VII). Inclusiv bioritmul speciilor este adaptat condiţiilor, în funcţie de accesul la factorii de vegetaţie. Organizarea spaţială a pădurii se datorează în primul rând factorului lumină. Astfel, plantele efemere ierboase (viorele, toporaşi, ghiocei, floarea paştelui etc.) vor apărea primăvara devreme, pentru a beneficia de soare înaintea înfrunzirii arborilor. Tot înaintea înfrunzirii coronamentului vor înflori şi plantele din etajul arbustoid (exemple: cornul, salcia, alunul etc.) [Berca, 2001]. Fluxul de materie străbate toate straturile ecosistemului, prin circuitul biogen al elementelor chimice: de la rădăcina plantelor până în coroana arborilor. Speciile de consumatori sunt dispuse şi ele pe verticală: în sol - diferite specii de rozătoare, la suprafaţa solului - mistreţii, căprioarele, lupii, pe trunchi - ciocănitorile, pe coronament păsările cu anvergură mare a aripilor. Stratificarea depinde şi de diversitatea speciilor din ecosistem. Cu cât biodiversitatea va fi mai mare cu atât şi complexitatea stratificării va fi mai mare. La scară globală, cea mai simplă stratificare o întâlnim în pădurile de conifere din taiga, iar complexitatea maximă la pădurile tropicale [Şchiopu şi colab., 2002]. În mediul acvatic există, de asemenea, o stratificare a organismelor vegetale şi animale pe verticală, în funcţie de intensitatea factorilor ecologici abiotici: temperatură, oxigen, presiune, lumină, salinitate.

52

Fig. 30. Stratificarea verticală într-o pădure din Europa [Vântu, 2000] I. stratul mineral al solului; II. stratul organic al solului: 1. o larvă de insecte, 2. ciuperci, 3. bacteriofag, 4. bacterii, 5. nematod, 6. amoebă, 7. râmă (Lumbricus), 8. un Geophilus, III. patoma A. pernă de muşchi cu colembole, B. frunzar cu izopode, IV. strat erbaceu cu căprior (Capreolus capreolus), V. strat de arbuşti şi tufe VI. strat de tulpini (arboret): a. omidă, b. Tuneluri ale ipidelor în interiorul tulpinii, c. cojoaică (Certhia familiaris), d. păianjen, VII. coronamente: e. buhă (Buho buho), f. veveriţă (Sciurus vulgaris); g - şoim (Falco. sp.).

4 . 2 . Structura trofică a ecosistemului În cadrul biocenozei, între specii se stabilesc diferite relaţii, dintre care relaţiile privind hrana (relaţiile trofice) ocupă un loc important. Structura trofică a biocenozei reprezintă ansamblul relaţiilor de hrănire a populaţiilor din ecosistem şi ne oferă cele mai multe informaţii legate de viaţa ecosistemelor. Raporturile existente între diferitele grupe de vieţuitoare ne ajută să ne facem o imagine clară despre circulaţia materiei şi a energiei în ecosisteme şi în biosferă. Subsistemele trofice fundamentale ale ecosistemului sunt: substanţele anorganice, producătorii primari, consumatorii, materia organică moartă şi descompunătorii [Tufescu şi Tufescu, 1981]. În natură, hrana este într-o mişcare continuă. Când larva unui fluture se hrăneşte cu o frunză, sau când o pasăre mănâncă o broască, hrana mai face un pas în lanţul trofic. Odată cu hrana se transferă şi energia pe care o conţine. Din punctul de vedere al modului de hrănire, toate speciile unei biocenoze se împart în trei mari categorii funcţionale interdependente: 53

I. Producătorii primari sau speciile producătoare de substanţă organică sunt reprezentaţi de vegetaţia autotrofă din care fac parte, în primul rând plantele verzi (în ecosistemele terestre) şi algele planctonice (în ecosistemele acvatice), iar în al doilea rând bacteriile fotosintetizante. Acestea, cu ajutorul clorofilei, convertesc energia solară în energia legăturilor chimice ale substanţelor organice (glucide, lipide, protide) pe care le sintetizează din compuşi anorganici ai biotopului (H2O, CO2, compuşi cu azot, cu fosfor etc.). Din această categorie mai fac parte bacteriile chemosintetizante (sulfuroase, feruginoase, nitrificatoare etc.) care utilizează energie chimică pentru sinteza substanţelor organice (vezi subcapitolul 5.1.1.). II. Consumatorii, reprezentaţi prin toate animalele dintr-o biocenoză. În funcţie de hrana consumată putem distinge: 1. Consumatori primari sau consumatori de ordinul I sunt reprezentați prin animale fitofage, deci care se hrănesc direct cu producătorii autotrofi; 2. Consumatori secundari sau de ordinul II sunt reprezentaţi prin animale carnivore şi entomofage. Deşi proporţia lor în ecosistemele naturale este redusă (aproximativ 1%), consumatorii secundari au un rol esenţial în reglarea numerică a fitofagilor, menţinând astfel structura şi funcţiile ecosistemului [Puia şi colab., 1998]; 3. consumatori terțiari sau de ordinul III; 4. consumatori quaternari sau de ordinul IV etc. Exemplu de lanţ trofic: polen fluture păianjen broască şarpe vultur Tot în categoria consumatorilor intră şi detritofagii, animale care se hrănesc cu detritus organic, adică fragmente de material organic rezultate din fărâmiţarea şi descompunerea parţială a plantelor şi animalelor moarte. Din categoria detritofagilor fac parte reprezentanţi ai diferitelor grupe sistematice de vieţuitoare: viermi, miriapode, crustacei, moluşte, acarieni, insecte, ciupercile saprofite, animale necrofage (exemple: vulturul şi condorul) etc.. Toate aceste vieţuitoare, prin modul lor de hrănire, grăbesc fragmentarea şi descompunerea materialului organic vegetal sau animal. Detritofagii au un rol important în procesul de degradare a materiei organice moarte prin faptul că mărunţesc detritusul în particule fine, înlesnind astfel activitatea organismelor din următoarea categorie funcţională a biocenozei. Ei îndeplinesc parţial şi funcţia de mineralizare. III. Descompunătorii (reducătorii) sunt reprezentaţi mai ales prin bacterii şi ciuperci saprofage care degradează substanţele organice provenite din cadavre, frunze moarte, fecale, diverse excrete sau alte deşeuri. În descompunerea materiei organice, până la epuizarea conţinutului său energetic, fiecare etapă este determinată de anumite grupe de organisme. Procesul se finalizează cu eliberare de elemente minerale conţinute în substanţele organice şi poartă numele de mineralizare. Intr-un fel, este reversul procesului de fotosinteză. Mineralizarea este extrem de importantă, deoarece face posibilă degajarea ecosistemului de materie organică moartă şi repunerea în circuit a elementelor componente. O serie de poluanţi produşi de activităţile antropice (pesticide, fertilizanți chimici, acizi etc.) distrug descompunătorii, dereglând astfel circuitul materiei în natură.

54

Fig. 31. Schema cea mai simplă a unui lanţ trofic complet [Odum, 1975]

O biocenoză este alcătuită din mai multe grupe trofice de organisme care au aceleaşi necesităţi de nutriţie. Producătorii primari sunt o grupare trofică, fitofagii, o altă grupare trofică, consumatorii secundari altă grupare trofică etc. Aceste grupări, având aceeaşi funcţie trofică, poartă numele de nivel trofic. Numeroase specii sunt polifuncţionale, adică fac parte din mai multe niveluri trofice (de exemplu, plantele insectivore). În astfel de cazuri, încadrarea speciei în diferitele niveluri trofice se face în funcţie de cantitatea de biomasă (energie) consumată la fiecare nivel trofic [Botnariuc şi Vădineanu, 1982]. Transferul de substanţă şi energie în orice ecosistem se realizează prin intermediul lanţurilor trofice. Lanţul trofic reprezintă un şir de organisme diferite prin care circulă substanţa organică, fiecare organism constituind o verigă ce reprezintă hrană pentru organismul situat mai sus în lanţ (fig. 31). Exemplu de lanţ trofic: iarbă iepure vulpe. Într-o biocenoză distingem lanţuri trofice principale, alcătuite din specii dominante care au un rol decisiv în transferul materiei şi energiei în ecosistem, şi lanţuri trofice secundare. În funcţie de modul de hrănire a speciilor ce compun lanţul trofic sunt trei tipuri de lanţuri trofice: de tip erbivor, parazitar şi saprofag. Lanţurile trofice de tip erbivor sunt cele mai complexe şi au la bază producătorii primari. În condiţii naturale, circa 1% din energia solară este fixată de plantele verzi terestre sub formă de energie chimică, din care jumătate se pierde sub formă de căldură, în timpul respiraţiei. Cealaltă jumătate constituie hrană potenţială pentru nivelul trofic următor. Următoarele verigi sunt reprezentate de: animale fitofage (consumatori primari) care se hrănesc cu plante, animale zoofage (consumatori secundari) cu regim carnivor şi consumatori terţiari care reglează efectivele consumatorilor secundari pe care-i utilizează ca şi hrană (fig. 32). Exemple de lanţuri trofice de tip erbivor: iarbă lăcuste păsări insectivore păsări răpitoare (ecosistem terestru); fitoplancton (alge) zooplancton (animale mici) peşti fitofagi peşti răpitori (ecosistem acvatic). Aceste lanţuri trofice se caracterizează prin descreşterea treptată a numărului de indivizi de la bază spre ultima verigă a lanţului. De asemenea, consumatorii nu pun în circulaţie toată biomasa speciilor ce constituie hrana lor; o parte din aceasta se va transforma în necromasă şi va intra în lanţuri trofice saprofage. 55

Poziţia speciei în lanţul trofic nu este dependentă de poziţia sa filogenetică, adeseori vertebratele fiind prada, iar nevertebratele prădătorul. Astfel, poziţia de vârf nu este ocupată de un vertebrat, chiar dacă acesta are “superioritate filogenetică”. De exemplu, în America de Nord, păianjenii uriaşi (Avicularis, Atrax) distrug păsările colibri [Mcclure, 1980].

(1)

(2)

(3)

Fig. 32. Lanţ trofic erbivor 1. gărgărița florilor de măr (Anthonomus pomorum); 2. ciocănitoarea pestriţă mare (Dendrocopos major); 3. uliul păsărelelor (Accipiter nisus)

Lanţurile trofice de tip parazitar se bazează pe relaţiile de parazitism între diferite specii. Într-o livadă un astfel de lanţ trofic este: măr (Malus domestica) păduche lânos (Eriosoma lanigerum) viespea parazită (Aphelinus mali) (fig. 33).

(1)

(2)

(3)

Fig. 33. Lanț trofic parazitar: 1. Malus domestica 2. Eriosoma lanigerum 3. Aphelinus mali

Lanţurile trofice de tip saprofag funcţionează pe seama masei organice moarte (cadavre, dejecţii), pe seama cărora apar consumatori de diferite ordine. Aceste tipuri de lanţuri trofice sunt, de regulă, scurte şi se grefează la fiecare verigă trofică a lanţului trofic erbivor. Degradarea materiei organice este începută de detritivore (animale care se hrănesc cu materie organică moartă) şi continuată de descompunători. La finalul acestor lanţuri trofice materia organică este descompusă în materie anorganică. Exemplu de lanţ trofic saprofag: nămol cu detritus larve de chironomide plătică (Abramis brama) peşti răpitori [Vântu, 2000]. Lanţurile trofice sunt căile principale de circulaţie a materiei şi energiei în ecosisteme şi este mijlocul cel mai important de autoreglare a ecosistemelor. Numărul verigilor din lanţurile trofice este, în majoritatea cazurilor, de 3-4, rareori ajungând la 5-6. Una dintre cauzele numărului redus de verigi ale lanţurilor trofice constă în faptul că un consumator nu-şi poate consuma hrana în întregime, deoarece aceasta ar duce la propria sa 56

dispariţie. În plus, existenţa consumatorului este condiţionată de posibilitatea de refacere a hranei sale. O altă cauză este de ordin energetic. Animalele, când mănâncă, folosesc energia conţinută în hrană în două moduri: o mică parte se acumulează în corpul lor, sub formă de biomasă, iar cea mai mare parte este utilizată pentru funcţionarea organismului. De exemplu, la păsări şi mamifere, circa 10% din energie se acumulează, restul de 90% constituind energie de lucru. Aşadar, numai energia acumulată rămâne disponibilă şi poate fi transferată la nivelul trofic următor. Prin urmare, pe măsură ce înaintăm spre verigile superioare ale lanţului trofic, animalele dispun de hrană tot mai puţină şi trebuie să desfăşoare o activitate tot mai intensă pentru găsirea şi prinderea prăzii, în vederea satisfacerii necesităţilor nutritive. Lanţurile trofice, cu cât sunt mai scurte, cu atât sunt mai productive, deoarece cantitatea de energie accesibilă este mai mare. Structura trofică a ecosistemelor ne arată că animalele carnivore, situate în vârful piramidei trofice, pentru a trăi în bune condiţii trebuie să exploreze un spaţiu de circa o mie până la un milion de ori mai mare, decât un producător primar. De aceea, numărul de indivizi vegetali pe unitatea de suprafaţă este incomparabil mai mare decât cel al fitofagilor. Creşterea exagerată a populaţiilor de erbivore conduce la deteriorarea ecosistemelor prin distrugerea vegetaţiei. In condiţii naturale, efectivele populatiilor de erbivore sunt supuse controlului carnivorelor şi, prin urmare, nu pot creşte foarte mult. Numărul carnivorelor este, de asemenea, limitat de sursa hrană, iar reglarea lor se face prin scăderea naşterilor şi prin epidemii, care elimină indivizii subalimentati. Erbivorele domestice, fiind scoase de sub controlul exercitat de reţeaua trofică a ecosistemelor naturale, pot conduce la distrugerea pajiştilor, prin suprapăşunat. Înmulţirea lor exagerată diminuează posibilităţile de regenerare a vegetaţiei şi degradează condiţiile biotopului, prin eroziunea solului [Puia şi colab., 1998]. Biocenozele pot avea o structură simplă, cu specii puţine şi lanţuri trofice liniare dar, în majoritatea cazurilor, lanţurile trofice sunt ramificate şi interconectate între ele. Exemplele de lanţuri trofice pe care le întâlnim în cărţile de ecologie sunt simplificate doar în scopuri didactice. Această complexitate a biocenozelor rezultă din faptul că un organism poate aparţine mai multor niveluri trofice. În plus, cele mai multe specii consumatoare, indiferent de gradul lor, nu se hrănesc doar cu o singură specie. Astfel, iepurele nu consumă doar Lolium perene, iar vulpea nu se hrăneşte doar cu iepuri. Astfel, lanţurile trofice apar interconectate, alcătuind reţelele trofice. Reţeaua trofică indică asa zisele “canalele” prin care circulă materia prin cele cinci subsisteme ale ecosistemului (substanţele anorganice, producătorii primari, consumatorii, materia organică moartă şi descompunătorii). Analizând modul de hrănire a speciilor din ecosistem, constatăm că fitofagii pot avea un regim de hrană foarte variat (specii polifage), alţii consumă un număr redus de specii (specii oligofage), iar o altă categorie de fitofagi (specii monofage) este foarte specializată, hrănindu-se exclusiv pe seama unei singure specii de plante. Astfel, existenţa primelor două categorii de specii fitofage conduce la intersectarea de lanţuri trofice diferite în cadrul aceleiaşi verigi, în timp ce monofagia conduce la izolarea lanţurilor trofice. În funcţie de natura substratului care constituie baza trofică a ecosistemului, există două tipuri de reţele trofice: autotrofe şi heterotrofe. Reţeaua trofică de tip autotrof se caracterizează prin prezenţa producătorilor primari, la primul nivel trofic. Aceste reţele trofice formează ecosistemele majore (păduri, pajişti, culturi agricole, lacuri etc.) ale biosferei. Aceste reţele trofice au o bază trofică proprie, materia realizează un circuit întreg, iar singura intervenţie din afara sistemului este aportul energetic solar. Reţeaua trofică de tip heterotrof nu dispune de veriga producătorilor primari, de aceea este necesar importul de materie organică din exterior. Acest tip de reţea trofică îl intâlnim în aşa numitele ecosisteme minore (peşteri, abisuri oceanice, complexe de creştere a animalelor). Reţelele trofice foarte bogate sunt, de regulă, indiciul unui mediu sănătos. Poluarea sau degradarea habitatelor pot elimina unele specii din ecosistem, iar reţelele trofice pot fi distruse. În contextul relaţiilor trofice este necesar să se precizeze conceptul de nişă ecologică care reprezintă poziţia unui organism în interiorul comunităţii şi ecosistemului. Acest termen a fost 57

introdus în ecologie de către Johnson (1910). Pe parcursul secolului trecut au fost date diferite definiţii termenului de nişă ecologică. Kroes (1977) consideră nişa ecologică ca unitate structurală şi funcţională a ecosistemelor, pornind de la cele trei aspecte principale ale acestui concept: nişa trofică, nişa spaţială şi nişa pluridimensională. Nişa spaţială [Grinnell, 1917] defineşte fragmentul de suprafaţă, de teren în care specia îşi găseşte un adăpost. Nişa trofică [Ch. Elton, 1927] constituie totalitatea relaţiilor trofice ale unei specii, a relaţiilor sale cu hrana şi cu duşmanii săi. Nişa pluridimensională reprezintă valorile limită ale coordonatelor în care specia poate supravieţui. În cazul nişelor ecologice funcţionează principiul excluderii concurenţilor, ceea ce înseamnă că două specii concurente pentru aceleaşi resurse trofice nu pot coexista. Specii înrudite pot coexista în acelaşi biotop doar dacă şi-au delimitat precis nişa. De exemplu, diferitele specii de baltă pot trăi într-un spaţiu restrâns datorită adaptărilor la diferite surse de hrană. În Delta Dunării trăiesc mai multe specii de stârci: stârcul alb care consumă peşte în largul lacului, stârcul cenuşiu care se hrăneşte tot cu peşte, dar şi-l procură din stufărişurile din apropierea malului, stârcul roşu care pescuieşte tot în apropierea malului dar vânează broaşte, şopârle, mici rozătoare etc.. În figura 34 sunt prezentate nişe ecologice din savană. Specii de plante care populează acelaşi biotop se pot deosebi între ele prin perioade diferite ale anului în care exploatează aceleaşi resurse ale mediului. Faptul că o plantă înfloreşte într-un alt moment decât altă plantă în acelaşi biotop, înseamnă că ele exploatează apa şi sărurile minerale din sol în alte momente ale anului. Nişa trofică poate fi dată şi de orizontul de sol la care ajung rădăcinile plantei. Chiar dacă anumite specii utilizează aceleaşi surse de hrană, ele ocupă nişe diferite dacă sunt segregate ecologic, adică dacă una activează noaptea iar alta ziua [Şchiopu şi colab., 2002]. Dacă într-un anumit mediu condiţiile ecologice oferă posibilităţi optime de viaţă pentru mai multe specii acestea pot convieţui. În momentul în care aceste condiţii nu mai satisfac necesităţile tuturor speciilor, cele care se adaptează mai greu vor dispărea şi vor fi înlocuite de speciile cu plasticitate ecologică mai mare. Structura trofică a unui ecosistem poate fi reprezentată şi grafic, sub forma unor piramide numite piramidă ecologică sau trofică (fig. 35). Este meritul ecologului englez Ch. Elton (1927) de a fi descris pentru prima dată structura trofică a ecosistemelor sub aspect cantitativ. De aceea, se foloseşte frecvent denumirea de piramide eltoniene (fig. 36). El a pornit de la constatarea că într-un ecosistem animalele de talie mică sunt mai numeroase decât cele mari, longevitatea este mai mică, iar rata de înmulţire este mai ridicată. Potenţialul de înmulţire ridicat la organismele aflate la nivelurile inferioare ale piramidei trofice este o adaptare care permite menţinerea speciei. Dacă reprezentăm grafic pe un sistem de axe rectangulare nivelurile trofice (pe ordonată) şi numărul de indivizi (pe abscisă) va rezulta o piramidă numită piramida eltoniană numerică. Desigur că această regulă are excepţiile ei. De exemplu, animalele care vânează în haită sunt mai mici decât prada lor, un mesteacăn de vârstă mijlocie cu 200 de mii de frunze poate adăposti circa 700 de mii de insecte fitofage. De aceea, în alcătuirea piramidelor trofice se iau în considerare şi biomasa şi energia. Atunci când se înregistrează biomasa nivelurilor trofice succesive vom obţine piramida biomaselor, iar când vom exprima energia stocată în biomasa organismelor de la fiecare nivel trofic va rezulta piramida energetică. Indiferent de modul de exprimare, la baza majorităţii ecosistemelor stau producătorii primari care reprezintă circa 98% din biomasă, respectiv 90% din totalul energiei stocate în organismele ce formează piramidele trofice. În ecosistemele naturale, proporţia consumatorilor primari variază între 1-9%, iar a celor secundari este de circa 1%. Desigur, în cazul unor dezechilibre ecologice, aceste valori se pot modifica.

58

Fig. 34. Nişe ecologice ale savanei [Colvin și Speare, 1992]

59

Fig. 35. Piramidă trofică într-un ecosistem de apă dulce [Burnie, 2000]

Fig. 36. Piramidele eltoniene [Strahler, 1974] Pe măsură ce înaintăm de la bază spre vârful piramidei trofice constatăm că organismele situate la nivelurile superioare explorează suprafeţe tot mai mari pentru procurarea hranei. Prin reprezentarea grafică a nivelurilor trofice şi a numărului de ecosisteme din care îşi procură hrana vom obţine piramida inversă de biotop. Conform acestei piramide, numărul biotopurilor care trebuie explorate pentru hrană şi reproducere este cu atât mai mare cu cât specia este mai îndepărtată de baza piramidei trofice. Astfel, pentru a-şi procura hrana necesară supravieţuirii şi reproducerii speciile fitofage (exemplu – iepurele, insectele fitofage) nu sunt nevoite, de regulă, să parcurgă distanţe foarte mari, în timp ce, consumatorii terţiari sunt obligaţi să exploreze mai multe biotopuri (exemplu uliul) – fig. 37. Aceste aspecte trebuie luate în considerare la stabilirea mărimii ariilor protejate. Atunci când este vorba despre ocrotirea unei specii de plante ne putem limita la o suprafaţă de câteva hectare, în timp ce, un prădător de vârf va avea nevoie de o suprafaţă incomparabil mai mare.

60

Fig. 37. Piramida inversă de biotop [Mohan și Ardelean, 1993]

4.3. Structura biochimică a ecosistemelor Relaţiile interspecifice, prin care este edificată şi stabilizată biocenoza sunt întemeiate pe legităţi biochimice [Gauze, 1944; Kolesnicenko, 1966]. Sub aspect biochimic, biocenoza se prezintă ca un sistem de canale prin care circulă metaboliţi de natură trofică sau netrofică, între elementele vii sau nevii ale ecosistemului. Prima categorie de metaboliţi formează categoria resurselor alimentare pentru populaţiile din ecosistem şi circulă prin intermediul reţelelor trofice, iar cea de a doua categorie, mai redusă ca volum, dar extrem de complexă, se elimină în mediu, de unde este preluată selectiv de către populaţiile biocenozei. Pentru studiul structurii biochimice a ecosistemului prezintă importanţă doar metaboliţii din cea de-a doua categorie care, eliminaţi în mediu, sunt asimilaţi de un alt organism la care produc un anumit efect fiziologic sau etologic. Aceştia au un rol important în formarea reţelei de interacţiuni în ecosistem şi se numesc generic ecomoni, ergoni sau substanţe ectocrine. Influenţele de natură biochimică dintre componentele biocenozei nu sunt identice cu competiţia, deoarece nu sunt de tip prădător. Dacă prin competiţie o specie dobândeşte resurse ale mediului în detrimentul altei specii, prin intermediul mediatorilor chimici nu se sustrag resurse ale mediului în dauna altei specii ci doar este inhibată creşterea altei specii. Această inhibiţie are loc chiar şi în prezenţa unor resurse suficiente ale mediului [Muller, 1969; Rice, 1974]. Exemple de concurenţă pot fi pădurile de foioase şi răşinoase din zona temperată, unde speciile dominante pot diminua semnificativ intensitatea luminii solare în favoarea lor şi în detrimentul altor specii heliofile, adică este modificată concentraţia unui factor extern în beneficiul unei specii sau a unui grup restrâns de specii. În cazul producerii de metaboliţi de către unele specii, nu se acţionează asupra unui factor extern ci este creat un factor nou, biochimic, care poate stimula sau inhiba creşterea indivizilor aparţinători diverselor specii [Soran şi colab., 2001]. Structura fiecărui ecosistem este condiţionată de relaţiile reciproce ale microorganismelor, plantelor şi animalelor datorate metaboliţilor lor, cu acţiune la distanţă. Se formează astfel, un metabolism pe plan extraorganismic, numit metabolism biochimic [Gortinski, 1963] sau metabolism 61

ecologic [Hailov, 1971]. Din punct de vedere biochimic, ecosistemul apare ca un ţesut, în care ergonii realizează legătura între organisme. Construcţia biochimică a ecosistemului este strâns legată de relaţiile trofice însă nu se confundă cu acestea. De exemplu, algele eliberează în mediu toxine care influenţează zooplanctonul, dar algele sunt consumate de zooplancton (fig. 38).

Fig. 38. Împletirea relaţiilor trofice şi toxice [Halback şi Halback - Keup, 1974]

Deoarece majoritatea metaboliţilor au efect inhibitor, biocenoza este expusă la autodistrugere. Evitarea acestui fenomen se realizează prin capacitatea speciilor de a metaboliza toxinele şi de a le reduce la un nivel suportabil, ca urmare a adaptărilor dobândite de-a lungul timpului. În aceste relaţii intervin şi bacteriile care neutralizează colinele reducând nivelul alelopatic. Ergonii se constituie în semnale chimice purtătoare de informaţie şi au o contribuţie importantă la autoreglarea ecosistemului şi la menţinerea stării de echilibru a acestuia. Ei pot persista în biotop chiar şi după dispariţia populaţiilor care i-au produs, influenţând astfel evoluţia ecosistemului. Plantele, animalele şi microorganismele vieţuiesc într-un mediu biochimic creat de exometaboliţi [Stugren, 1994]. Prin contaminarea biotopului cu diferite substanţe poluante, omul poate interveni în structura biochimică a ecosistemelor, perturbându-le capacitatea de autoreglare. Dacă ecomonii sunt secretaţi de plante, aceştia poartă denumirea de substanţe alelopatice. Termenul de alelopatie a fost definit de către mai mulţi autori, primul fiind fiziologul german Molich. Conform cercetătorului german, alelopatia include totalitatea interacţiunilor biochimice dintre plante, inclusiv dintre plante şi microorganisme. Aceste influenţe pot fi benefice sau dăunătoare. Unii ecologi definesc alelopatia ca fiind întregul complex de influenţare reciprocă între organisme [Sanadze şi Ovcearov, 1966] însă noi vom păstra înţelesul iniţial al termenului. Când ecomonii sunt produşi de animale se numesc telergoni. Ei pot acţiona intraspecific (feromoni) sau interspecific (alomoni). Organismele care secretă ecomonii sunt emiţătoare sau donatoare, iar cele care le 62

interceptează receptoare sau acceptoare (fig. 39) . 4.3.1. Interacţiuni biochimice la plante Alelopatia poate determina dominanţa unei specii în biocenoză. Efectul ecologic constă întro distribuţie favorabilă a indivizilor şi a populaţiilor în biotop. Fenomenul de alelopatie nu se manifestă numai între indivizii diferitelor specii ci şi în interiorul speciei (autotoxicitate) [Neamţu, 1983]. Din perspectiva alelopatiei, covorul vegetal este un fel de câmp biochimic format din exometaboliţii tuturor speciilor vegetale care determină relaţiile interspecifice [Stugren, 2004]. Alelopatia nu este un factor constant ci variază de la o fitocenoză la alta, de la un an la altul, de la un sezon la altul sau chiar zilnic [Muntean şi Ştirban, 1995]. În ceea ce priveşte toleranţa alelopatică se disting trei grupe de plante terestre: Reciproc tolerante, adică specii care pot convieţui în acelaşi biotop. Exemplu: Quercus pedunculata, Malampyrum nemorosum, Sorbus aucuparia, Tilia cordata. Unilateral tolerante. De exemplu arinul (Alnus glutinosa) care stimulează plopul (Populus suaveolens) prin colinele sale, dar inhibă arinul. Reciproc intolerante. Exemplu lariţa (Larix decidua) şi socul (Sambucus racemosa)

Fig. 39. Efectul chimic al unei plante asupra altei plante [Grodzinschi, 1973]

Nivelul alelopatic intens al unor specii devine suportabil pentru alte specii prin coevoluţie. În general, speciile care convieţuiesc de mii de ani pe aceleaşi teritorii nu se inhibă reciproc prin colinele lor, în schimb, la speciile recent intrate în contact reciproc apare intoleranţa alelopatică, deoarece interacţiunea lor este de scurtă durată [Rice, 1974]. Deşi alelopatia nu se identifică cu concurenţa, deoarece inhibiţiile provocate biochimic se manifestă şi atunci când resursele mediului sunt suficiente [Műller, 1962], unii cercetători au constatat că efectele alelopatice sunt mai intense atunci când se micşorează cantitatea de substanţe nutritive şi apă din mediul înconjurător. De aceea, alelopatia constituie un factor important în lupta pentru supravieţuire la plantele de deşert, comparativ cu cele din zonele temperate [Went, 1970; Whittaker, 1970]. Substanţele alelopatice sunt, de obicei, compuşi chimici secundari, cu masă moleculară mică (terpenoide, substanţe fenolice etc.) care se găsesc iniţial, în corpul plantelor, sub formă inactivă. În 63

urma unor transformări ulterioare (hidroliză, oxidoreducere, metilare sau demetilare etc,) se obţin compuşi noi, cu proprietăţi alelopatice [Whittaker şi Feeny, 1971]. Există mai multe categorii de substanţe alelopatice: coline, fitoncide, marasmine şi toxine bacteriene, antibiotice, alcaloizi şi glicozizi (fig. 39). Colinele [Grummer, 1955] – sunt excreţiile plantelor superioare (exudate, substanţe volatile) eliminate prin diverse organe (rădăcini, frunze, etc.) ce au, de regulă, ca rezultat inhibarea sau întârzierea dezvoltării altor plante. De exemplu, odosul (Avena fatua) manifestă acţiune biochimică nefavorabilă asupra cerealelor, reducându-le vigoarea şi productivitatea. Pirul (Agropyron repens) elimină în mediu o substanţă toxică (agropiren) care inhibă creşterea ovăzului şi are acţiune antibiotică asupra unor ciuperci şi bacterii. Cercetările din ultimii ani arată că numeroase specii de buruieni produc coline [Puia şi Soran, 1984]. Aceste concluzii deschid posibilitatea găsirii unor produşi naturali care să inhibe creşterea şi dezvoltarea buruienilor, sau chiar obţinerea, prin ameliorare, de plante cultivate producătoare de coline care să acţioneze ca nişte adevărate erbicide naturale. Fitoncidele sunt substanţe cu acţiune bactericidă şi fungicidă, sintetizate de plante superioare (ceapă, usturoi, hrean, ridichi etc.). Marasminele şi toxinele bacteriene sunt metaboliţi ai microorganismelor care acţionează negativ asupra creşterii şi dezvoltării plantelor superioare, prin modificări profunde la nivel biochimic şi funcţional ce pot conduce la moartea celulelor. În procesul de patogeneză acţiunea toxinelor se manifestă deseori prin fenomene de ofilire de unde şi denumirea de marasmine (de la grecescul maraio = a se ofili) [Eliade şi colab., 1983]. Unele microorganisme din sol, prin substanţele sintetizate (auxine, gibereline, vitamine etc.), au o influenţă benefică asupra fanerogamelor [Soran şi colab., 2001]. Antibioticele sunt substanţe produse de microorganisme (ciuperci, bacterii, alge) care inhibă dezvoltarea altor specii de microorganisme. Primul antibiotic (penicilina) a fost izolat de către bacteriologul scoţian Alexander Fleming (1929). Penicilina, sintetizată de diferite specii de mucegaiuri omoară un număr mare de specii de bacterii, îndeosebi patogene. Antibioticele secretate de microorganisme pot avea însă şi efecte stimulatoare asupra altor microorganisme. În acest caz vorbim de substanţe biotice. Alcaloizii şi glicozizii sunt produşi vegetali toxici cu rol de limitare a acţiunii fitofagilor, de aceea vor fi prezentaţi la subcapitolul 4.3.3. - Interacţiuni biochimice: plante – animale fitofage. Cele mai multe fenomene alelopatice se desfăşoară în sol. Unele fanerogame excretă în mediu substanţe nutritive (zaharuri, aminoacizi, proteine) şi stimulatoare (auxine, vitamine etc.) pentru microorganisme formând o rizosferă specifică. Ciupercile formatoare de micorize sunt componenţi de seamă ai rizosferei. Alelopatia este prezentă şi la plantele cultivate. S-a observat că monocultura conduce la scăderea producţiei. Una dintre cauzele acestui fenomen, numit oboseala solului, constă în acumularea de substanţe alelopatice secretate de aceste plante care inhibă germinaţia seminţelor, creşterea şi dezvoltarea plantelor. Aceste constatări s-au făcut la grâu, sorg, mazăre, fasole, tomate, piersic, nuc, măr etc.. Prin analize de laborator s-au pus în evidenţă compuşii responsabili de acţiunea inhibitoare asupra plantelor: acid cianhidric la sorg, amigdalina şi benzaldehida la piersic, florizina la măr, juglona la nuc etc.. Continuarea cercetărilor în acest domeniu va permite optimizarea asolamentelor luând în considerare şi nivelul alelopatic al speciilor cultivate [Şchiopu şi colab., 2002]. Interacţiunile biochimice în lumea plantelor pot fi, aşadar, antagonice sau sinergice (fig. 40). Antagonismele sunt determinate de prezenţa şi acţiunea unor substanţe (coline, fitoncide, antibiotice) cu efect inhibitor asupra indivizilor din specia respectivă sau din alte specii de plante (microorganisme). Am exemplificat astfel de interacţiuni la prezentarea categoriilor de substanţe alelopatice. Adăugăm aici şi exemplul clasic, respectiv nucul american (Juglans nigra) de la care a fost izolată o substanţă inactivă (4 – glucozo – 1,4,5 - trihidroxinaftalina) care, prin hidroliză şi 64

oxidare, formează juglona, compusul toxic activ. Compusul alelopatic are acţiune biochimică nefavorabilă asupra a numeroase specii, inclusiv a nucului, şi se găseşte doar în părţile verzi ale nucului. Cu toate acestea, unele specii de plante din genurile Rubus şi Poa, nu sunt afectate de juglonă şi se pot dezvolta sub coroana nucului. Interacţiunile antagonice din lumea vegetală sunt valorificate de către om în combaterea bacteriilor şi ciupercilor fitopatogene la plantele de cultură. Cercetările efectuate de Maxim şi colab. (2005) arată că majoritatea extractelor lichide de plante (macerat) au inhibat total germinarea conidiilor de Fusicladium dendriticum la măr. Testarea s-a făcut in vitro iar eficacitatea maximă s-a obţinut la speciile: Armoracia rusticana, Daucus carota, Primula officinalis, Juglas regia, Cannabis sativa, Equisetum arvense. Sinergismele constau în stimularea reciprocă a două specii care cresc împreună, prin intermediul unor substanţe cu efect stimulator eliberate de biotop. Astfel, neghina (Agrostemma gitagho) şi albăstrelele (Centaurea cyanus) cresc mai bine în culturile de cereale decât în culturi pure. Gramineele dau rezultate mai bune în amestec cu leguminoasele, iar bumbacul stimulează mazărea. Colinele produse de briofite şi licheni au efect stimulator asupra pinului şi molidului, ceea ce conferă stabilitate biocenozei în pădurile de conifere.

Fig. 40. Schema simplificată a interacţiunilor alelopatice [Soran şi colab., 2001] (cu “+” sunt notate interacţiunile pozitive iar cu ”-” cele negative)

Acţiunea sinergică a diferitelor specii constă şi în efectul repelent sau inhibitor al alelochimicalelor produse de o specie asupra paraziţilor altei specii. De exemplu, în culturile intercalate de morcov cu praz este împiedicată depunerea ouălor atât la musculiţa morcovului (Chamaepsila rosae) cât şi la musca cepei (Delia antiqua). Prezenţa cânepii în culturile de varză limitează atacul de albiliţă (Pieris brasicae) cât şi a manei de cartof (Phytophtora infestans) [Şchiopu şi colab., 2002]. O serie de fenomene alelopatice sinergice se desfăşoară şi în sol, între masa radiculară şi microflora solului, solul funcţionând ca un acumulator şi distribuitor de alelochimicale produse de microorganisme şi de plantele superioare [Grodzinski, 1973]. Aminoacizii eliminaţi de plante stimulează dezvoltarea microorganismelor, în special a bacteriilor din rizosferă. Microflora, la rândul ei, furnizează masei radiculare vitamine sau alte substanţe care stimulează metabolismul 65

plantelor superioare [Ciailahian, 1963; Rempe, 1972]. 4.3.2. Interacţiuni biochimice la animale Rolul feromonilor (acţiune intraspecifică) şi alomonilor (acţiune interspecifică) este foarte variat: de atracţie a sexelor, de marcare, de agregare, de alarmă, de comunicare etc. Uneori, acelaşi produs metabolic poate îndeplini atât rol de feromon, cât şi de alomon, în funcţie de concentraţie. Telergonii acţionează uneori chiar şi în cantităţi extrem de reduse la distanţe foarte mari. Feromonii de atracţie a sexelor sunt compuşi chimici volatili (esteri, acizi, cetone, alcooli etc.) care mijlocesc atracţia sexuală între indivizi de sexe diferite. Cu toate că feromonii sexuali sunt prezenţi în tot regnul animal, cel mai bine studiaţi sunt feromonii insectelor şi ai animalelor sociale. Interesul deosebit pentru feromonii insectelor fitofage se datorează utilizării acestora ca mijloace de combatere nepoluantă, cu ajutorul capcanelor feromonale (fig. 41). De asemenea, reacţia insectelor la acţiunea feromonilor este foarte rapidă. Feromonii sunt secretaţi de insecte prin intermediul glandelor exocrine, se găsesc sub formă de vapori şi sunt eliminaţi în mediu în cantităţi foarte mici. Specificitatea feromonilor este foarte mare, de aceea, schimbări minore în structura lor moleculară pot să anihileze efectul acestora. În majoritatea cazurilor, femela este cea care emite feromonul, iar masculul îl recepţionează. Masculii emit şi ei, la rândul lor, feromoni sexuali cu rol de excitare a femelelor [Neamţu, 1983]. Feromonii sexuali sunt sintetizaţi în organismul insectei, din compuşi organici mai simpli, sau sunt luaţi din planta gazdă şi utilizaţi direct sau după unele modificări structurale [Pesson, 1978]. În agricultură, feromonii sexuali ai insectelor se utilizează în diverse scopuri: stabilirea bioecologiei unor specii, depistarea unor noi infestări, supravegherea evoluţiei populaţiilor dăunătoare în vederea prognozării şi avertizării, combaterea directă a dăunătorilor [Ghizdavu şi colab., 1983]. Combaterea paraziţilor animali cu ajutorul capcanelor feromonale nu are efecte secundare nedorite ca şi cea chimică, de aceea se pretează pentru utilizare în sistemele de agricultură durabilă.

Fig. 41. Capcană feromonală adezivă utilizată pentru captarea masculilor insectelor dăunătoare. În cazul de față - lepidopterul Ph. blancardella

Feromonii de marcare sunt folosiţi pentru marcarea puilor, a teritoriului, a surselor de hrană. Pentru găsirea sursei de hrană, furnicile cercetaşe emit anumite molecule care le ghidează pe celelalte spre sursa de hrană. Pentru marcarea teritoriului, unele mamifere teritoriale folosesc excrementele şi urina. De exemplu, rinocerii defechează, în mod repetat, în acelaşi loc pentru a-şi 66

consolida graniţele; hipopotamii, în timpul defecaţiei, îşi împroaşcă balega cu coada la graniţa teritoriului său. Vulpile şi bursucii îşi expun excrementele la vedere. Caninele lasă puţină urină pe copaci sau pe pietre, în acelaşi scop. Feromonii de agregare sunt eliberaţi în mediu, de către diferite specii de animale (lăcuste, gândaci de scoarţă, albine etc.) şi au un rol determinant în formarea de colonii cu dimensiuni optime pentru obţinerea hranei şi reproducere. Feromonii de alarmă sau de avertizare sunt emişi de indivizii aflaţi în pericol către alţi indivizi din aceeaşi specie. Specificitatea acestor feromoni este mai redusă decât la feromonii sexuali sau de marcare. Uneori specii din acelaşi gen sau chiar din genuri diferite pot folosi acelaşi semnal. La insectele sociale feromonii sunt descărcaţi asupra inamicului, prin mandibule, care este marcat drept „agresor”. În cazul albinelor şi viespilor, feromonii de avertizare sunt eliminaţi concomitent cu veninul. Viespii împrăştie în aer feromonii, în timp ce albinele lasă urme de feromon (acetat de izoamil) la locul de înţepare, determinând şi alte albine să înţepe în acelaşi loc [Neamţu, 1983]. Alomonii sunt compuşi chimici folosiţi ca arme de apărare sau de atac împotriva altor specii. Tot în categoria alomonilor intră şi substanţele mirositoare produse de flori, pentru atragerea insectelor polenizatoare. În acest caz, există avantaje atât pentru emiţător cât şi pentru receptor [Tomescu, 1982]. În cazul alomonilor utilizaţi pentru apărare sau atac sunt favorizaţi doar indivizii emiţători. Cele mai răspândite substanţe chimice de apărare în organismele animale sunt: terpenoidele, alcaloizii, fenolii şi chinonele. Alomonii pot fi sintetizaţi de novo în organismul animal, cum este cazul la albine, viespi, şerpi, unele reptile etc., sau pot fi preluaţi din hrană [Şchiopu şi colab., 2002]. Aceştia din urmă pot fi utilizaţi după unele transformări structurale în corpul animalelor sau ca atare, dar după o prealabilă concentrare. Este bine cunoscut cazul larvelor de Callimorfa jacobeae care se hrănesc cu frunze de Senecio jacobea, acumulând în corpul lor alcaloizi de pirolizidină (senecionina). În felul acesta, insectele devin extrem de toxice pentru prădători. Gândacul de Colorado (Leptinotarsa decemlineata) utilizează, de asemenea, solanina ca mijloc de apărare împotriva dăunătorilor. Hemolimfa buburuzelor (Coccinellidae) conţine tot un alcaloid, de tipul coccinelinei, care nu s-a identificat însă în plante, de unde rezultă că este produs în corpul insectei. Această substanţă asigură buburuzelor protecţia, în special împotriva furnicilor şi prepeliţelor. Culoarea vie a buburuzelor este una de avertizare şi se datorează prezenţei alcaloizilor în corpul lor [Neamţu, 1983]. 4.3.3. Interacţiuni biochimice ale plantelor cu animalele erbivore Plantele constituie baza majorităţii lanţurilor trofice. Neavând posibilităţile de apărare pe care le au animalele, acestea şi-au dezvoltat de-a lungul evoluţiei lor diverse mecanisme de apărare împotriva animalelor fitofage, inclusiv biochimice. De menţionat că, din cele 29 de ordine ale clasei Insecta, numai nouă sunt capabile să utilizeze plantele ca principală sursă de hrană [Berca, 2001] Funcţionarea lanţurilor trofice erbivore depinde, aşadar, de interacţiunile biochimice dintre plante şi animalele erbivore. De milioane de ani are loc un adevărat “război biochimic” între plante şi erbivore, ceea ce a condus la realizarea unei stări de echilibru în lanţurile trofice erbivore. Cele mai studiate tipuri de interacţiuni biochimice ale plantelor cu fitofagii (în special insecte) sunt cele toxină - antitoxină şi cele de tip hormonal. Interacţiunea toxină - antitoxină Pentru limitarea atacului fitofagilor, plantele elaborează o serie de insecticide naturale (alcaloizi, saponine, glicozizi, taninuri etc.), dintre care alcaloizii sunt cei mai răspândiţi. Alcaloizii rezultă, în mod secundar, din metabolismul plantei şi sunt legaţi de îndeplinirea anumitor funcţii vitale, biochimice şi îndeplinesc rolul de substanţe trofic repulsive [Lazurevski şi Terenteva, 1975]. Foarte multe plante ce conţin astfel de compuşi chimici sunt evitate de insecte, păsări, mamifere erbivore. Animalele fitofage, la rândul lor, luptă împotriva toxinelor vegetale prin elaborarea de antitoxine capabile să neutralizeze efectul nociv al alcaloizilor. Antitoxinele au stimulat, la rândul 67

lor, metabolismul plantelor producătoare de alcaloizi, în sensul producerii de noi toxine. Desigur că, evoluţia a favorizat genotipurile de fitofagi care, prin mutaţie sau prin alte mecanisme, aveau echipamentul enzimatic necesar trecerii obstacolului biochimic nou apărut. Acelaşi fenomen s-a petrecut şi în cazul apariţiei de insecte rezistente la diferite insecticide artificiale, aplicate în mod repetat. S-a stabilit o coevoluţie a plantelor şi fitogagilor în care, fiecare partener stimulează evoluţia celuilalt [Vavilov, 1965]. Acest proces a condus la un fel de toleranţă biochimică reciprocă în care plantele, cu insecticidele lor naturale, împiedică distrugerea lor de către erbivore, iar insectele consumă din biomasă cantitatea necesară menţinerii lor în ecosistem. Aşa, de exemplu, mătrăguna (Atropa belladona) este ocolită de vite şi alte fitofage datorită alcaloidului extrem de toxic pe care-l conţine, beladona (fig. 42). Crisomelidul Epithrix atropae suportă însă toxicitatea alcaloidului, datorită antitoxinei pe care o conţine, şi consumă această plantă (fig. 43). Apariţia unui fitofag nou, faţă de care planta nu are mijloace de apărare, poate conduce la dispariţia ei. Exemplul clasic este cel al filoxerei la viţa-de-vie adusă în Europa la mijlocul secolului al XIX-lea, din America de Nord. Viţa-de-vie americană, convieţuind şi evoluând împreună cu acest dăunător şi-a creat şi perfecţionat şi mijloacele biochimice de apărare necesare, în timp ce, viţa-de-vie europeană, neavând aceste mijloace, a fost extrem de vulnerabilă la invazia noului dăunător.

Fig. 42. Atropa belladona – plantă care conţine un alcaloid foarte puternic

Fig. 43. Epithrix atropae – crisomelidul care se hrăneşte cu mătrăgună

Fiind la interacţiunile biochimice ale plantelor cu animalele erbivore, amintim aici faptul că, în ecosistemele oceanice şi marine, zooplanctonul este sărac uneori, în ciuda excesului de masă algală, iar peştii şi cetaceele pot lipsi cu desăvârşire [Lucas, 1942]. Explicaţia constă în metaboliţii otrăvitori proveniţi de la alge, la care se adaugă şi cei proveniţi de la unele nevertebrate [Bakus, G. şi Reen, G., 1974]. În lacurile eutrofe, cianoficeele (algele albastre) produc toxine care pot ucide peştii, la concentraţii ridicate. După moartea şi descompunerea masei de alge, apa acestor lacuri este otrăvită de toxinele pe care le conţin, iar peştii pier masiv [Lenz, 1928; Vinberg, 1954]. Microfauna solului este, de asemenea, condiţionată de exometaboliţii plantelor. Tereşkova şi Smelova (1977) au constatat că, în jurul rădăcinilor de graminee, colembolele sunt foarte numeroase, în timp ce, în rizosfera de pelin sunt foarte rare. Interacţiuni hormonale fitogene asupra animalelor O serie de plante au capacitatea de a se apăra de animalele care le consumă, prin sinteza unor substanţe de tip hormonal care produc dereglări grave în dezvoltarea ontogenetică a unor insecte. În reglarea metamorfozei la insecte intervin două tipuri de hormoni, cu acţiune antagonică: hormonul juvenil care împiedică maturizarea precoce a larvelor şi hormonul metamorfozei sau ecdisona care accelerează formarea pupelor şi transformarea în imago. Metamorfoza normală este condiţionată de echilibrul dintre cei doi hormoni, ei trebuind să se găsească întotdeauna în cantităţi suficiente şi la momentul potrivit. Prezenţa ecdisonelor produse de plante (fitoecdisone) a fost semnalată pentru prima dată la unele ferigi şi gimnosperme nord – americane şi la unele angiosperme japoneze. Acest hormon 68

accelerează transformarea larvelor în pupe, iar adulţii care rezultă sunt sterili şi neviabili. Tot la gimnospermele nord - americane s-a depistat şi hormonul juvenil denumit juvabiona care întârzie maturizarea larvelor şi conduce la apariţia de forme monstruoase. Unele cercetări arată că hormonii juvenili la plante sunt destul de răspândiţi în natură. 12% din plantele studiate de Bowers (1968) conţineau astfel de hormoni sau analogi ai acestora [Neamţu, 1983]. 4.4. Structura temporală a ecosistemelor Ecosistemele sunt supuse unor transformări permanente. Aceste transformări pot fi aleatorii, când se datorează schimbărilor aritmice ale factorilor fizici (dispariţia soarelui de pe cer datorită unui nor, un vânt puternic, o ploaie etc.) sau ritmice, care se repetă la intervale definite de timp (alternanța zi – noapte, succesiunea anotimpurilor etc.). Transformările din aceste două categorii constituie ceea ce numim dinamica ecosistemelor; dacă schimbările ecosistemului sunt fără ritmicitate, de lungă durată şi ireversibile vorbim despre dezvoltarea ecosistemului sau succesiune ecologică. 4.4.1. Dinamica ecosistemului Biosfera, ca şi lumea vie lucrează ritmic, fiindcă sunt componente ale universului ritmic structurat [Sollberger, 1965]. Alternanţa zi-noapte, fluxul şi refluxul apelor marine, fazele lunii, succesiunea anotimpurilor, constituie ritmuri exogene. Deşi substanţa vie are ritmul ei propriu, endogen, fiecare specie, pentru a supravieţui, este nevoită să-şi sincronizeze ritmul endogen cu cel cosmic [Stugren, 1994]. Sunt cercetări care arată însă că unele specii sunt cu totul aperiodice, neavând niciun fel de ritm endogen, ci numai adaptări fiziologice la condiţiile concrete de mediu. Aşa sunt: lăcusta călătoare (Schistocerca gregaria) – Tiscenko, 1973 - melcul de vie (Helix pomatia) – Tischler, 1973 - majoritatea ungulatelor africane care sunt active fără oprire ziua şi noaptea [Leuthold, 1977] etc.. Ritmurile circadiene (latin. circa dien = în jur de o zi) sunt adaptări ale ritmului endogen ale manifestărilor vitale la alternanţa zi-noapte, în decurs de 24 de ore. În activitatea organismelor distingem, astfel, două faze: cea de lumină (fotofaza) şi cea de întuneric (scotofaza). După faza zilei în care îşi desfăşoară activitatea, în ecosistemele terestre există vieţuitoare diurne şi nocturne. În fiecare din aceste două etape, biocenoza are o componentă activă şi una pasivă. În felul acesta, întreaga biocenoză este implicată în exploatarea resurselor de mediu. În fotofază, are loc intrarea energiei în ecosistem, prin procesul de fotosinteză a producătorilor primari şi depunerea ei sub formă de biomasă. În faza de întuneric, fotosinteza încetează, apar procesele consumatoare de energie, precum respiraţia, creşterea, înflorirea, iar rezerva de biomasă se reduce. Aceleaşi funcţii ecologice sunt îndeplinite de specii diferite şi de combinaţii de specii diferite, în timpul zilei şi al nopţii. Nu există o nişă ecologică invariabilă, ziua şi noaptea, speciile înlocuindu-se în nişele ecologice şi în lanţurile trofice (fig. 44). De exemplu, şoricarii, şoimii, vulturii (ordinul Falconiformes) sunt răpitoare de zi, iar bufniţele şi huhurezii (ordinul Strigiformes) sunt răpitoare de noapte. În apele cu zonare puternică a luminii pe verticală, zooplanctonul migrează în timpul zilei în orizonturile mai adânci şi revine la suprafaţă doar în amurg. Cauzele diferenţierii speciilor în cele două categorii sunt diferite. Unele specii au devenit nocturne din cauze filogenetice, evolutive, ele fiind expulzate din faza de lumină spre cea de întuneric de către unele specii noi, care au câştigat în lupta pentru existenţă. Unele animale poikiloterme au trecut la activitatea nocturnă din motive fiziologice, temperaturile din timpul nopţii permiţând desfăşurarea normală a metabolismului. Alte specii de animale au devenit nocturne din cauze trofoecologice, ele găsind mult mai uşor hrană pe timpul nopţii decât în timpul zilei [Mohan şi Ardelean, 1993].

69

Fig. 44. Relaţia între lanţurile trofice ale părţii active din timpul zilei şi al nopţii dintr-o biocenoză [Mohan şi Ardelean, 1993]

Ritmurile sezoniere constau în sincronizarea proceselor vitale ale organismelor cu secvenţele anotimpurilor. Hrana animalelor este variabilă în funcţie de sezon. În anotimpurile favorabile (vara în zona temperată, anotimpul ploios la tropice) biocenozele înregistrează activitatea cea mai intensă, fixarea energiei prin fotosinteză şi fluxul energetic devenind maxime. În anotimpurile nefavorabile, activitatea metabolică a numeroase specii de plante şi animale încetineşte, iar trecerea peste aceste perioade se face sub diferite forme de rezistenţă (seminţe, spori, ouă, pupe), prin migrare, hibernare etc.. În acest timp, unele specii de plante îşi continuă activitatea fotosintetică însă cu o intensitate mai redusă. Unele mamifere şi păsări desfăşoară o activitate normală. Ritmurile sezoniere, ca şi cele circadiene, se desfăşoară după un anumit “ceas intern”, deşi fiziologia animalelor este puternic influenţată de temperatură. Succesiunea anotimpurilor determină o serie de modificări în reţeaua trofică a ecosistemelor precum migrarea consumatorilor, schimbarea nişei trofice etc. În fiecare anotimp, biocenoza are o componentă activă şi una pasivă. Exemplificăm ritmul sezonier al ecosistemelor terestre printr-o pădure de foioase din zona noastră. În timpul iernii, arborii sunt lipsiţi de frunze, iar cantitatea de lumină este mare. Berzele şi rândunelele sunt plecate, iar amfibienii, artropodele şi reptilele hibernează. Pe timp de iarnă vine din nordul Europei şi al Asiei, mătăsarul (Bombycilla garrulus). Mamiferele carnivore şi erbivore, cât şi paraziţii acestora rămân activi [Igolkin, 1967]. Vara, mătăsarul nu mai este prezent, dar pădurile sunt populate de numeroase specii de păsări venite din sud. Reptilele, păsările insectivore şi microfauna se înmulţesc foarte mult, iar numărul lanţurilor trofice devine maxim. Ritmul sezonier este clar exprimat şi în bentosul lacurilor, în ecosistemele marine şi oceanice etc.. Există însă şi organisme aperiodice care nu au ritmicităţi reproductive, cum sunt cele din fauna abisală. 4.4.2. Dezvoltarea ecosistemului (succesiunea ecologică) In afara schimbărilor reversibile ale ecosistemului (zilnice şi sezoniere), fiecare ecosistem cunoaşte o anumită dezvoltare, adică o transformare lentă, dar permanentă, de la simplu la complex. Acest proces de durată presupune parcurgerea mai multor stadii, de la cel de pionierat (juvenil) până la cel de climax sau de maturitate. Primele specii care apar, denumite “pionier”, prezintă largi capacități biotice. Ele pregătesc biotopul pentru existența ulterioară a plantelor specializate 70

ecologic.

Fig. 45. Succesiune de la baltă la pădure [Buchsbaum, 1954 citat de Stugren, 1982]

Succesiunea ecologică este controlată de către organismele biocenozei, dar caracterul şi viteza succesiunii cât şi limitele la care se poate ajunge sunt determinate de mediul fizic. Cauzele generale ale succesiunii ecologice constau în interacţiunea dintre biocenoză şi mediul său abiotic. Biocenoza, prin activitatea sa, modifică biotopul. De exemplu, plantele leguminoase îmbogăţesc solul în azot, favorizând astfel instalarea speciilor mai pretenţioase faţă de acest factor. Dezvoltarea vegetaţiei lemnoase modifică cantitatea de lumină ajunsă la sol, eliminând în felul acesta plantele heliofile în favoarea celor umbrofile şi exemplele pot continua. În urma modificării biotopului, acesta devine impropriu pentru speciile ce edifică biocenoza, care au şi produs, eventual, transformările. Aceste specii regresează şi chiar dispar treptat, lăsând locul altor specii, mai bine adaptate la noile condiţii, care au fost favorizate în competiţia interspecifică [Botnariuc şi Vădineanu, 1982]. Cea mai simplă succesiune ecologică este cea de înlocuire a unei bălţi din pădure cu copaci. Acest proces se realizează treptat (fig. 45). Balta este populată cu peşti, amfibieni, insecte acvatice, alge verzi, protozoare etc.. Pulberea purtată de vânt şi materialele aduse de ploi se depozitează pe fundul apei formând o pătură groasă de sedimente. Adâncimea bălţii se reduce şi se vor instala diferite plante de mlaştină. Macrofitele vor facilita, prin rădăcinile lor, fixarea depozitelor pe fundul bălţii. Vegetaţia transformă apoi balta într-o mlaştină temporară care va seca pe timp de secetă. Animalele tipic acvatice vor dispărea. În cele din urmă, balta se va colmata şi va fi încorporată în ecosistemul de pădure. Cauzele prefacerii ecosistemelor nu rezidă numai în dinamica endogenă a biocenozei ci şi în 71

forţe exogene, precum transformările geomorfologice ale scoarţei terestre sau macroclimatice (înălţarea sau coborârea seculară a blocurilor de uscat, cutremure, alunecări de teren, erupţii vulcanice, incendii, furtuni, alternarea fazelor glaciare şi interglaciare, schimbările climatice globale etc.). Dacă sensul iniţial al conceptului de succesiune a fost unul pur botanic, mai târziu, el a dobândit şi un sens zoologic întrucât dezvoltarea animalelor este în strânsă conexiune cu cea a vegetaţiei, într-un proces unitar [Tischler, 1955]. Succesiunea poate fi primară, atunci când o biocenoză se instalează pe locul unde nu a mai fost înainte o altă biocenoză (o insulă vulcanică nou apărută, lava răcită a unui vulcan, dune de nisip nou formate, un bazin de apă nou format etc.) sau secundară, atunci când specii din ecosistemele vecine colonizează un biotop care a fost ocupat de o biocenoză, dar aceasta a dispărut total sau parţial din cauze naturale sau antropice. Uneori succesiunile au un caracter ritmic, determinat de schimbări ale factorilor climatici pe parcursul mai multor milenii. Este vorba de alternarea fazelor glaciare și interglaciare, când biocenozele sunt înlocuite ritmic, pe scară extinsă, datorită unor factori de natură exogenă. Odată cu avansarea ghețarilor continentali spre sud, flora și fauna specifice climei cald-temperate sunt înlocuite cu speciile atașate biocenozelor de climă rece. Retragerea calotei glaciare spre nord determină avansarea biocenozelor de climă temperată spre nord. Acest tip de succesiune este numit de unii specialiști, succesiune geologică [Ardelean și Mohan, 1994]. Verlag (1986) este de părere că termenul vechi de succesiune este potrivit doar pentru refacerea ecosistemului după perturbări structurale profunde, dar fără distrugerea totală a vieţii (succesiuni secundare), iar ecogeneza se suprapune doar peste conceptul de succesiune primară. În cursul de faţă noi vom utiliza ambele variante. 4.4.2.1. Ecogeneza (succesiunea primară) Mecanismul ecogenezei şi a succesiunii este explicat printr-o teorie clasică (teoria lui Clements) şi o teorie modernă, stohastică. Teoria clasică, clementsiană [Clements, 1928], a dominat circa o jumătate de secol gândirea ecologică şi este susţinută şi din perspectivă zoologică. Conform acestei teorii succesiunea primară cuprinde şase stadii: denudarea biotopului (distrugerea totală sau parţială a viului dintr-un biotop), imigrarea (apariţia întâmplătoare a unor organisme din biotopurile vecine), colonizarea sau eceza (acceptarea sau respingerea speciilor imigrate de către selecţia naturală), concurenţa interspecifică (constituirea biosistemelor, apariţia unui tip propriu de interacţiune în cadrul biocenozei), reacţia biocenotică (constituirea unităţii ecologice a speciilor, apariţia unei reacţii specifice faţă de factorii abiotici) şi stabilizarea sau climaxul (faza de maturitate, cu un grad mare de stabilitate). Componentele vegetale ale stadiilor succesiunii respectă aproximativ ordinea filogenetică a plantelor. Conform teoriei clasice a succesiunii, pe un teren denudat, pe care începe succesiunea, nu vor putea acţiona ca specii “pioniere” plantele superioare. Primele organisme care se instalează sunt plantele inferioare, cu cicluri vitale scurte, care se reproduc rapid şi dau descendenţi viabili şi numeroşi, capabili să ocupe terenul. Aşa sunt, de exemplu, lichenii. Aceştia, prin mortificarea şi descompunerea unor părţi ale lor, prin activitatea unor animale mici care îşi găsesc aici adăpost, prin praful şi detritusul aduse de ape şi vânt, produc mici cantităţi de sol care vor permite instalarea muşchilor, în paralel cu regresia lichenilor. Activitatea briofitelor sporeşte cantitatea de sol, făcând posibilă instalarea pteridofitelor, apoi germinarea seminţelor unor plante ierboase anuale, ajunse întâmplător în aceste locuri. Dacă este vorba de o stâncă dezgolită iniţial, rădăcinile acestor plante vor pătrunde prin fisurile stâncii, iar prin activitatea bacteriilor şi acţiunea factorilor climatici vor dezagrega stânca şi vor spori cantitatea de sol. În fazele succesionale următoare condiţiile devin favorabile instalării plantelor perene care au, de regulă, cicluri vitale mai lungi şi înmulţire bisexuală. Populaţiile sunt mai complex organizate şi grupate și au, de regulă, un număr mai mic de descendenţi, cu posibilităţi mai reduse de răspândire. Acest fapt se datorează îngustării nişelor, pe 72

măsura creşterii numărului de specii. Numărul speciilor consumatoare se mărește, lanţurile trofice devin mai lungi, cu multiple conexiuni între ele. Rezultă astfel o rețea trofică complexă. Apar diverse adaptări între plante şi speciile polenizatoare, între plante şi consumatorii lor, între diferite specii de animale etc.. Complexitatea sistemului crește si odată cu aceasta și stabilitatea lui. Teoria clementsiană a succesiunii primare a avut ca inspiraţie istoria naturală a reîmpăduririi insulei Krakatoa (situată între Java şi Sumatera) după catastrofala erupţie vulcanică, din anul 1883, care a distrus întreaga viaţă de pe insulă. Aici, ca pionieri ai vieţii au apărut algele albastre, apoi au urmat briofitele, pteridofitele şi într-un final angiospermele. În America de Nord, au fost observate pe alte spaţii abiotice (lavă solidificată) alge albastre. De aici s-a tras concluzia că, în procesul de colonizare, întotdeauna algele şi ferigile apar înaintea plantelor fanerogame. Această regulă nu este însă confirmată în toate cazurile. Unele observaţii făcute în regiuni cu vulcani activi au arătat că uneori, în faza de pionierat, sunt animale care apar înaintea plantelor. S-au remarcat şi situaţii în care plantele lemnoase nu au fost precedate în mod obligatoriu de licheni, muşchi şi plante ierboase [Yoshioka, 1974]. După teoria clasică a succesiunii, întâmplarea are un rol esenţial doar în faza de pionierat, după care intervine selecţia naturală produsă de factorii fizici. Mediul fizic selecţionează doar imigranţii care se adaptează noilor condiţii de existenţă. În felul acesta, fenomenele aleatorii de imigrare se transformă într-un proces evolutiv ordonat. Urmează apoi stadiul de colonizare (eceză), în care imigranţii admişi de selecţie pun stăpânire pe biotop. Din acest moment, susţine Clements, întâmplarea nu mai joacă niciun rol în succesiune, biocenoza dezvoltându-se în continuare prin concurenţa interspecifică. Această teorie nu ţine seama de faptul că evoluţia biocenozei depinde de posibilităţile de adaptare a speciilor la condiţiile de mediu, cu toate fluctuaţiile lor, iar înlocuirea vegetaţiei dintr-un stadiu cu cel care-i urmează este rezultatul interacţiunii mai multor factori biotici şi abiotici, inclusiv alelopatiei [Rice, 1974]. Teoria modernă (stohastică) a ecogenezei are ca şi model istoria naturală a genezei biocenozelor de pe Insula Surtsey (sud-vestul Islandei), apărută în urma unei erupţii vulcanice submarine, în anul 1963. În primul an de existenţă s-au format primele oaze de viaţă, formate din bacterii şi alge. În aceste condiţii, după numai cinci ani a fost observată prima plantă cu flori. Briofitele au apărut ulterior formând o pernă ce acoperea substratul nud. Dintre animalele pioniere s-au remarcat artropodele, în special dipterele [Lindroth şi colab., 1975]. Pe teritoriile în care viaţa a fost distrusă total de lava vulcanică, pădurea s-a format în perioade diferite de timp şi în funcţie de latitudine. Pădurea de pe insula Krakatoa, aflată la tropice, era deja compactă după 75 de ani, în timp ce, în climatul subarctic (exemplu peninsula rusească Kamciatka din nord-estul Asiei), pe locul unde s-au format fluvii de lavă, pădurea s-a refăcut după circa 800-1200 de ani [Manko, 1980]. Popularea insulelor, atât la tropice cât și în regiunile nordice este de natură stohastică. Așa se explică distribuția stranie a unor plante în insule învecinate, prin faptul că, întâmplător, sporii sau semințele unei specii au ajuns pe o insulă iar pe alta nu. În interiorul continentelor, pe dunele de nisip plantele pioniere sunt ierburile și tufele, în timp ce, în munții înalți – plantele superioare. Prin urmare, conform acestei teorii, ecogeneza este privită ca un proces stohastic, ce urmează legi probabilistice. Deși cele două teorii ale ecogenezei sunt antagoniste și par a fi incompatibile, Finegan (1989) este de părere că aceste contradicții nu sunt imposibil de depășit, iar armonizarea lor ar trebui făcută printr-o nouă teorie sintetică, mai puțin inflexibilă. 4.4.2.2. Succesiuni secundare Când o biocenoză este distrusă parțial, din diferite cauze, pe biotopul respectiv apar specii din ecosistemele vecine. Dacă succesiunea primară are ca punct de plecare colonizarea unor biotopuri nude, succesiunea secundară are loc pe biotopuri ocupate anterior de alte biocenoze. Astfel, succesiunea secundară începe pe un teren modificat de biocenoza anterioară, unde există acumulată o cantitate mai mare sau mai mică de energie (substanţă organică, detritus, nutrienţi, un 73

sol structurat etc.), ceea ce permite desfășurarea mai rapidă a întregului proces al succesiunii. În funcție de cauzele perturbatoare ce pot determina înlocuirea biocenozei pe același substrat deosebim succesiuni abiogene, biogene și tehnogene, iar după amploarea lor avem macroși microsuccesiuni. Spre deosebire de ecogeneză, succesiunile secundare apar permanent în biocenoză, numeroase ecosisteme fiind cuprinse permanent într-un proces de succesiune. Succesiunile abiogene se referă la formarea de ecosisteme noi, pornind de la fondul biocenotic vechi, prin forțele fizice ale mediului. Din această categorie de factori fac parte erupțiile vulcanice, cutremurele, incendiile naturale, uraganele, furtunile de zăpadă ș.a., care acționează în mod brutal, sau schimbările climatice, care produc transformări lente și de durată. Erupțiile vulcanice pot declanșa sucesiunea secundară prin modificarea chimismului solurilor sau eutrofizarea (îmbogățirea în elemente minerale) lacurilor din apropiere, ca urmare a depunerilor de cenușă pe sol sau a pătrunderii masive de cenușă în apă. Cutremurele pot determina alunecări de teren, cu transformări majore ele ecosistemului. Incendiile naturale sunt produse de descărcările electrice din atmosferă și apar ca fenomene normale, repetabile în savana est-africană, în pădurile montane de pin din California, în pădurile de eucalipt din Australia, în stufărișurile din Delta Dunării etc. [Stugren, 1994]. Efectele incendiilor asupra mediului pot fi multiple: accelerarea circuitului materiei în zonele boreale, unde mineralizarea se desfășoară mai greu, favorizarea acumulărilor de azot, reducerea cantității de semințe din sol etc.. În cazul succesiunii pirogenetice, într-o primă fază are loc reducerea diversității specifice. Într-un incendiu de pădure, în primii 10-13 ani proliferează ierburile și tufele; ulterior, acestea regresează din cauza concurenței speciilor lemnoase. Evoluția vegetalelor, în cazul succesiunii pirogenetice este influențată și de alelopatie [Rice, 1974]. Uraganele pot conduce la dispariția coralilor din cauza îndulcirii apei marine, la scindarea fondului forestier și crearea de luminișuri unde apar ca și pionieri plantele ierboase. Furtunile de zăpadă pot distruge părți însemnate ale pădurilor de conifere dând naștere așa numitelor “goluri de furtună”. Schimbările climatice globale înlocuiesc adeseori unele specii, fără să afecteze structura și funcționalitatea ecosistemelor. În cazul zonelor deșertificate, a topirii ghețarilor montani ș.a. putem vorbi însă de alterarea profundă a ecosistemului cauzată de încălzirea globală a Pământului. Succesiunea biogenă a ecosistemelor este determinată, în principal, de concurența interspecifică, de posibilitățile speciilor de a le elimina din biotop pe cele autohtone. În cazul plantelor, succesul acestei acțiuni este asigurat atât de capacitatea competitivă a plantelor adulte cât și a semințelor și plantelor tinere. Colonizarea noului teritoriu de către imigrant nu înseamnă neapărat izgonirea speciilor autohtone ci creșterea producției primare realizate [Werner, 1977]. Odată cu creșterea ariei ocupate de specia gazdă va spori și numărul animalelor asociate. Un exemplu concludent îl constituie smirdarul caucazian (Rhododendron ponticum) care, introdus în Irlanda, a ocupat teritorii întinse în pădurile de stejar, datorită toleranței sale la umbră, a ratei reduse de metabolism și a creșterii suprafeței foliare (fig. 46) [Cross, 1981]. Furnica sudamericană Iridomyrmex humilis, foarte agresivă, adusă în America de Nord a exterminat numeroase specii indigene și a ocupat biotopurile devenite libere.

Fig. 46. Rhododendron ponticum – specia care a “cucerit” arii întinse în pădurile de stejar din Irlanda

74

Succesiunea secundară nu se referă numai la specii imigrante care elimină sau limitează creșterea și dezvoltarea speciilor autohtone. Așa cum s-a menționat deja la începutul prezentului subcapitol (4.4.2.), biocenoza, prin activitatea ei, modifică biotopul. Astfel, algele pot modifica compoziția chimică a apei. Aciditatea solului și conținutul în elemente minerale pot fi influențate de resturile plantelor (exemplu - litiera) intrate în putrefacție, de activitatea florei și faunei din sol. Treptat, biotopul modificat devine impropriu pentru speciile care au determinat schimbarea lui. Acestea regresează şi chiar dispar treptat, fiind înlocuite cu alte specii pentru care noile condiţii sunt mai potrivite și au avut câștig de cauză în lupta interspecifică. Succesiunile secundare pot fi determinate și de erbivore, prin pășunat selectiv. Succesiunile tehnogene sunt induse de activitățile antropice, îndeosebi de industrie și agricultură. Omul a determinat succesiuni secundare și chiar ecogeneze încă din antichitate prin foc, unelte, arme și animale domestice. Pe unele terenuri degradate industrial, biocenozele sunt eliminate, iar repopularea începe abia după încetarea activității unității poluatoare. Succesiuni produse de activități industriale întâlnim pe haldele de steril și minele de suprafață ale exploatărilor miniere și pe haldele de cenușă ale termocentralelor pe cărbune. În aceste cazuri, refacerea naturală a ecosistemelor este foarte dificilă datorită conținutului de metale grele, a acidității ridicate, a troficității scăzute a substratului, a lipsei descompunătorilor etc.. De aceea, pentru grăbirea refacerii vieții pe aceste biotopuri se impune executarea de lucrări de reabilitare ecologică artificială care sunt deseori foarte costisitoare. Agricultura, prin ameliorarea solurilor și utilizarea pesticidelor, accelerează succesiunile naturale de pe aceste biotopuri. Solurile contaminate cu pesticide se pot transforma rapid în terenuri abiotice sau cu o biodiversitate redusă [Tomkins și Grant, 1977]. Îngrășămintele chimice din agricultură, aplicate necorespunzător, pot conduce la eutrofizarea apelor stătătoare continentale, modificând compoziția biocenotică a acestor ecosisteme. Tot în categoria succesiunilor secundare tehnogene intră și construcțiile de baraje unde biocenozele specifice apelor curgătoare sunt înlocuite cu cele tipice apelor stagnante. 4.4.2.3. Stabilizarea ecosistemului Până în momentul de față, specialiștii nu au ajuns la un consens cu privire la desfășurarea și legitățile generale ale succesiunii. Teoria clementsiană susține că, în decursul succesiunii, numărul de specii, biomasa globală, diversitatea speciilor și structurarea biocenotică sunt în continuă creștere. Această idee s-a desprins din modul cum se dezvoltă pădurea, de la structuri simple la structuri complexe. Observații mai atente arată însă că viteza de dezvoltare a diferitelor compartimente ale pădurii este diferită. De asemenea, Ott și Fedra (1977) constată că, pe fundul mărilor și oceanelor, cea mai mare producție de biomasă se realizează în condiții de instabilitate, în timp ce, într-o pădure, valorile maxime ale biomasei coincid cu stabilitatea maximă (fig. 47). Și aici există însă diferențe: pădurile de foioase din SUA ating biomasa maximă la începutul succesiunii, după tăierea pădurii, iar al doilea maxim, mai scăzut decât primul, în stadiul final (fig.48).

Fig. 47. Ecogeneza unei păduri [Whittaker, 1975] 75

Fig. 48. Desfășurarea teoretică a ecogenezei pădurii [Bormann și Likens, 1979]

În ecologie, conceptul de climax (gr. klimax = punct culminant) sau comunitate finală înseamnă faza de dezvoltare, de succesiune a ecosistemului care prezintă un grad mare de stabilitate, păstrându-se timp îndelungat fără transformări esențiale. Exemple de asemenea comunități sunt: codrii de fag din Carpați, pădurile de conifere (taiga) nord-americane și eurosiberiene, pădurile tropicale virgine, recifii de coralieri etc. Dacă speciile vegetale ce compun aceste comunități stabile sunt armonizate cu factorii climatici, aceastea pot să rămâne în esență neschimbate timp de secole sau chiar milenii. Această relație a fost denumită de Clements (1928) citat de Stugren (1994) climax climatic sau monoclimax. Ulterior, s-a considerat eronat conceptul de monoclimax, deoarece numai adaptarea vegetației la climă nu poate explica menținerea îndelungată a unei biocenoze. De aceea, s-a introdus noțiunea de policlimax sau climax edafic care subliniază necesitatea unei concordanțe a vegetației cu clima dar și cu solul [Du Rietz (1930) citat de Stugren (1982)]. În 1953, Whittaker include și fauna în aprecierea climaxului ecologic. Conform teoriei sale (“climax pattern theory”), stabilitatea unei biocenoze se întemeiază pe conexiunea constantă între plante și animale. Toate conceptele de climax pornesc de la ideea că acesta reprezintă o construcție unitară. O cercetare mai profundă arată însă că, nicio comunitate finală nu are toate componentele sale în același grad de stabilitate, unele subsisteme fiind „mature”, altele „tinere”. În realitate, climaxul este edificat de câteva specii vegetale care au câștigat în lupta pentru existență [Beklemișev, 1956] și se întemeiază pe specii cu durată lungă de viață individuală [Frank, 1968]. Ecosistemele mature sunt esențiale pentru stabilitatea biosferei, de aceea se impune conservarea lor pe suprafațe tot mai mari.

76

Capitolul 5

FUNCŢIILE ECOSISTEMULUI Funcționarea ecosistemului este asigurată de interacțiunile existente între populațiile biocenozei care-l compun și interacțiunile acestora cu mediul lor abiotic. Existența și activitatea oricărei populații, ca verigă a lanțului trofic, este condiționată de consumul cantității necesare de substanță și energie. De aceea, baza funcționării oricărui ecosistem este alcătuită din energia solară sau energia chimică pe de o parte, precum și substanțele nutritive pe de altă parte. Antrenarea acestor două componente în circuitul biologic și transformarea lor în substanțele organice ce formează organismele vii, permit ca ecosistemele să fie considerate unități producătoare de materie organică. De aici, rezultă funcțiile importante ale unui ecosistem, respectiv, funcţia energetică, funcția de circulaţie a materiei și cea de autoreglare. Funcția energetică constituie esența funcționării unui ecosistem și constă în captarea energiei solare sau chimice de către producătorii primari (organisme foto- sau chemosintetizante) și transferul lor la grupele de consumatori. Funcția de circulație a substanțelor anorganice și organice în ecosistem, prin intermediul lanțurilor (rețelelor) trofice. Funcția de autocontrol, respectiv de menținere a unui echilibru între populațiile componente ale biocenozei, între populații și mediul lor abiotic. Fără stabilitatea în timp și spațiu a ecosistemelor nu este posibilă îndeplinirea, în condiții normale, a funcției energetice și a celei de circulație a ecosistemului. Cele trei funcții sunt indisolubil legate între ele și constituie condiția necesară funcționării unui ecosistem. Astfel, circulația substanțelor (funcția de circulație) în structura trofică nu se poate face fără consum de energie (funcția energetică) și nici fără lanțurile (rețelele trofice) care reprezintă mecanismul principal al funcției de autocontrol. Aceeași idee ne sugerează și schema reputatului ecolog Smith (1992) – fig. 49. Materia se manifestă sub formă de substanță sau masă (m) și energie (E). Substanța este purtătorul material al energiei și este alcătuită din molecule și atomi. Conform celebrei ecuații a lui Enstein E = mc2, substanța se transformă integral în energie atunci când viteza obiectului este egală cu cea a luminii. Întrucât în natură nu întâlnim astfel de viteze, substanța și energia rămân distincte, în planul biosferei. Migrația substanței are un caracter ciclic, deoarece o substanță poate parcurge de mai multe ori aceeași unitate vitală, viața atomului fiind, în principiu, nelimitată. Fluxul de energie are însă un sens unic, este aciclic, așa cum rezultă limpede din subcapitolul 5.1.

Fig. 49. Schema ecosistemului. Săgețile indică trecerea de la un subsistem la altul al ecosistemului. Cele trei componente majore ale ecosistemului sunt producătorii, consumatorii și elementele abiotice (materie 77

organică inactivă, solul, nutrienții din sistemele acvatice, sedimentele etc.). Liniile indică interacțiunile sistemului cu mediul [Smith, 1992]

5.1. Funcţia energetică a ecosistemelor Orice unitate vitală, organismică sau supraorganismică, își menține structura, subzistă și se dezvoltă datorită scurgerii fluxului de energie prin sistem. Legătura strânsă dintre populațiile unei biocenoze, prin intermediul hranei, a fost explicată de numeroși autori [Clarke (1939), Ivlev (1939), Judy (1940), Lindeman (1942)]. Cel din urmă autor introduce în ecologie teoria trofo-energetică conform căreia relațiile dintre populațiile biocenozei sunt tratate sub forma energiei, pornind de la sursa primară de energie (solară sau chimică). Transmiterea energiei între compartimentele energetice ale sistemelor biologice este studiată de energetica ecologică. Aceasta este întemeiată pe principiile termodinamicii. 5.1.1. Principiile termodinamicii în ecologie Termodinamica este știința care studiază transformările diferitelor forme de energie în sistemele antropice și naturale. În sens restrâns, termodinamica este legată de teoria mecanică a căldurii care descrie și demonstrează transformarea lucrului mecanic în energie și invers. Formularea celor două principii, pe care se bazează termodinamica clasică, s-a făcut pe baza studierii mașinilor termice. Ulterior, s-a constatat că aceste principii sunt fundamentale și pentru natura vie. Termodinamica operează cu două categorii de procese: reversibile și ireversibile. La cele din prima categorie, modificările energetice apărute într-un sistem dispar atunci când procesul se desfășoară în sens invers, ceea ce nu este valabil și pentru procesele ireversibile. Dacă la procesele reversibile, parametrii stării inițiale sunt identici cu cei ai stării finale, la cele ireversibile sunt diferiți. Conceptele termodinamicii proceselor ireversibile sunt edificatoare și pentru sistemele biologice, deoarece fiecare proces fizico-chimic real din biosferă presupune achiziție sau pierdere de energie. Conform primului principiu al termodinamicii (p. conservării energiei) energia nu poate fi creată și nici distrusă, ci doar transformată dintr-o formă în alta. Ecosistemul funcționează ca un laborator de acumulare şi transformare a energiei; niciun ecosistem de pe planeta noastră nu produce energie; pe niciun nivel trofic al ecosistemului nu are loc producție de energie, ci numai o transformare de energie. Aplicând postulatul I în ecologie, constatăm că bilanțul energetic al unui ecosistem se bazează pe transformarea energiei inițiale intrate prin fotosinteză și cheltuirea unei părți din această cantitate de energie în procesul respirator. După logica termodinamicii, un lanț trofic care are în stadiul inițial o cantitate mai mare de energie decât alt lanț trofic, cu același număr de verigi (transformări energetice), va avea și la final o cantitate mai mare de energie. Din primul principiu al termodinamicii reiese faptul că intrările de energie într-un sistem trebuie să fie egalate de ieşiri, deci printr-un ecosistem energia se scurge intr-un flux continuu. Așadar, energia înglobată în hrana care circulă de-a lungul lanțurilor trofice nu poate fi creată ci numai preluată de către biosisteme și transformată. Aceste transformări se fac întotdeauna însă cu pierderi de energie. De aici, decurge cel de-al doilea principiu al termodinamicii, respectiv principiul degradării energiei. Potrivit acestuia, în orice proces de transformare a energiei (exemple: energia luminii energie chimică; energie chimică energie mecanică, electrică, nervoasă etc.) o parte din energia potențială se pierde sub formă de căldură. Așa cum o mașină termică nu poate transforma integral o cantitate de căldură în lucru mecanic, în mod similar, sistemele biologice vor stoca doar o parte din hrana ingerată, restul pierzându-se irecuperabil în mediu sub formă de căldură. Transferul de energie într-un ecosistem, de la un compartiment la altul se soldează cu pierderi de energie. În consecință, randamentul transformării va fi întotdeauna mai mic decât 1. De aici rezultă, în mod logic, reducerea cantității de energie din ecosistem de la producătorii primari spre consumatorii de vârf (fig. 50). 78

Organismele primesc aport continuu de energie utilizabilă, fie sub forma energiei libere radiante (plante), fie sub forma energiei chimice stocate în alimente (animale). Menținerea sistemelor biologice se face cu pierderi energetice însă aceste pierderi sunt compensate de captarea constantă de energie. Creșterea complexității sistemelor biologice (sinteza de substanțe organice complexe pornind de la substanțe simple, construirea de celule, țesuturi, organe complexe etc.) înseamnă și creșterea ordinii sistemului, respectiv scăderea entropiei. În schimb, la sistemele lipsite de viață entropia (pierderi energetice) crește iar sistemul de dezorganizează. Organismele heterotrofe utilizează energia înglobată de producătorii primari în substanțele organice sintetizate, de aceea este necesară reluarea permanentă a procesului autotrof care fixează noi cantități de energie. Forma primară de energie liberă disponibilă pentru întreaga biosferă este radiația electromagnetică din spectrul vizibil al luminii solare. Autotrofele chemosintetizante, care obțin energia metabolică prin oxidarea unor substanțe minerale, au o pondere neglijabilă în ansamblul biosferei. În straturile superioare ale atmosferei, energia solară incidentă este de circa 2 cal/cm2/minut și poartă numele de constantă solară. Din această cantitate de energie, doar o mică parte este interceptată de biocenoză, restul fiind reflectată în spațiu sau absorbită de componenții atmosferei (ozon, vapori de apă, particule de praf etc.). Chiar și lumina care a străbătut atmosfera poate rămâne nevalorificată de biosferă atunci când ajunge în zonele de deșert biologic (calote glaciare, regiuni aride de pe continent etc.). Energia solară este alcătuită din 45% radiații din spectrul vizibil, 45% radiații infraroșii și 10% ultraviolete. Energia emisă de radiația solară cuprinde două categorii importante de radiații: solară și termică. Radiația solară are lungimi de undă scurte (ultraviolete, vizibile și infraroșii apropiate de cele vizibile), iar cea termică cuprinde undele lungi (fig. 4). Radiația solară din spectrul vizibil este esențială în procesul de fotosinteză, iar radiația termică asigură energia calorică necesară proceselor vitale. Fotosinteza este procesul specific plantelor verzi, prin care sunt captate radiaţiile solare cu ajutorul clorofilei, iar această energie este convertită în cea a legăturilor chimice din substanţele organice. Dioxidul de carbon este înglobat în circuitul carbonului organic prin fotosinteză. În acest proces sunt implicate şi sărurile minerale (N, P, K, S etc.). Privită din punct de vedere chimic este o reacţie reducătoare, în care CO2 (acceptor de hidrogen - electroni) este redus, apa constituie sursa de hidrogen, iar radiaţia luminoasă (fotonii) este sursa de energie necesară procesului de reducere. Pe lângă plantele verzi, care fixează energia solară prin fotosinteză, mai sunt și bacteriile fotosintetizante (bacterii purpurii) care utilizează aceeași formă de energie primară. Acestea din urmă produc fotosinteza însă cu ajutorul pigmenților carotenoizi și nu a clorofilei. A treia categorie de producători primari este cea a bacteriilor chemosintetizante care nu utilizează energia solară ci energia chimică pentru sinteza substanțelor organice. Așa cum s-a amintit deja, energia chimică a autotrofelor chemosintetizante are o contribuţie modestă la bilanţul energetic din ecosisteme, fiind folosită în principal de bacteriile nitrificatoare, sulfuroase şi feruginoase. Dacă în fotosinteză, sursa de carbon este dioxidul de carbon (CO2), în procesul de chemosinteză aceasta este reprezentată de metan (CH4). În sinteza chimică a substanțelor este utilizată apa ca sursă de hidrogen, iar pentru reducerea CO 2 este folosită energia rezultată din oxidarea unor compuşi anorganici (compuşi ai sulfului, ai fierului). De exemplu, bacteriile nitrificatoare din genul Nitrosomonas (a) oxidează amoniacul până la nitriți, iar bacteriile Nitrobacter (b) continuă procesul de oxidare până la nitrați. În ambele procese se eliberează energie necesară reducerii CO2, în vederea sintezei de moleculă organică. a.) 2 NH3 + 3 O2 2 HNO2 + 2 H2O + 158 kcal b.) 2 HNO2+ O2 2 HNO3 + 43,2 kcal Reacţia extrem de simplificată a fotosintezei este: 79

clorofilă ↓ 6 CO2 + 6 H2O + energie solară → C6H12O6 + 6 O2 (glucoză)

Fig. 50. Transferul de energie într-un ecosistem [Sutton și Harmon, 1973]

Dat fiind faptul că rolul principal în producția de substanță organică pe planetă revine plantelor verzi, toate aspectele privind fluxul de energie, producția și productivitatea primară, se vor referi la această categorie de producători primari. 5.1.2. Fluxul de energie în sistemele biologice Fluxurile energetice ale ecosistemelor constau în trecerea energiei, incluse în hrană, de-a lungul lanțurilor trofice. Energia solară care ajunge la plante este transformată, în prezenţa clorofilei, în energie chimică pe care plantele o depozitează în molecule de glucide, lipide, protide etc., iar prin consumarea lor de către animale energia trece în corpul acestora din urmă. În corpul animalelor, o parte din energia conținută în alimentele ingerate se acumulează în biomasă, iar altă parte se pierde, fie sub formă de căldură, fie sub formă de excrete. Atât în plante cât şi în animale energia chimică 80

conţinută în molecule este eliberată în procesul respiraţiei şi utilizată în toate procesele vitale. O parte din această energie se transformă în căldură, iar în final, după moartea organismelor, toată energia chimică a moleculelor organice este transformată de către descompunători în energie calorică. Din subcapitolul anterior am reținut că, din energia solară incidentă pe suprafața atmosferei doar o parte ajunge la nivelul foliar al plantelor. În consecință, numai aproximativ 0,04% din energia ce formează constanta solară este fixată în produșii fotosintezei din biosferă. De aceea, pentru caracterizarea randamentului fotosintezei, energia chimică stocată în hidrații de carbon trebuie să fie raportată la energia radiantă efectiv incidentă pe suprafața frunzelor [Mărgineanu, 1982]. Plantele absorb circa ½ din energia incidentă și rețin prin fotosinteză 1-5% din lumina absorbită [Mohan și Ardelean, 1993]. Dacă vom calcula eficiența fotosintezei raportându-ne la întregul an, aceste valori vor fi, evident, mult mai reduse : 2% în păduri, 0,66% în culturi și pajiști, 0,3% în tundră, 0,06% în deșert, 0,2% în ocean. În condiții optime de cultură și zile favorabile de vară randamentul realizat în conversia energiei luminoase este de 4-5% din radiația solară incidentă [Borza și Coste, 2003]. Desfășurarea fluxului energetic este descris prin următoarea ecuație: A=R+P în care : A = asimilație, R = respirație, P = producție La animale, energia încorporată în hrană se scindează în energie asimilată și în energia nemetabolizată a fecalelor și urinei. Energia asimilată se scindează, la rândul ei, în energie utilizată în respirație și energie pentru producție. Eficiența fluxului energetic este dată de raportul între respirație și producție. Consum de energie solicită atât producția (sinteza) cât mai ales întreținerea biomasei [Calow, 1977 citat de Verlag, 1986]. La animale, întreținerea biomasei se face cu mari cheltuieli de energie; multe dintre ele necesită cheltuieli energetice importante cu întreținerea, dar investesc foarte puțin în producție (curculionide, rozătoare, păsări erbivore, renii etc.) [Turcek, 1967; Weil și colab., 1981]. La cele domestice, câștigul net de energie poate crește prin valoarea energetică foarte ridicată a furajelor [Balch și Reid, 1976] – fig. 51. Biomasa producătorilor înglobează energie la nivelul legăturilor pirofosforice din acidul adenozintrifosforic (ATP). ATP este necesar desfășurării tuturor proceselor metabolice din organism. Astfel, prin consumul prăzii, prădătorul va obține ATP necesar desfășurării tuturor funcțiilor din organism. Pentru eliberarea energiei conținută în hrană este necesară descompunerea prealabilă a macromoleculelor în molecule mici (proteine aminoacizi; glucide monoglucide; lipide acizi grași). Prin transferul energiei de la pradă la prădător, are loc migrarea energiei de la un nivel trofic la altul. Carbonul, azotul, fosforul și alte elemente care intră în componența materiei vii pot fi recirculate de mai multe ori în ecosistem, trecând din componența viului în cea a neviului și invers. Spre deosebire de substanțe, energia odată depreciată sub formă de căldură nu mai poate fi reutilizată de sisteme, impunându-se astfel noi intrări de energie potențială. De aici rezultă caracterul unidirecțional al fluxului energetic. Un alt principiu energetic specific ecosistemelor este maximalizarea fluxului de energie și a eficienței energetice. Așadar, fiecare compartiment va tinde să obțină cât mai multă energie de la alte compartimente și să cedeze cât mai puțină energie. În interiorul ecosistemelor, trecerea energiei de la un nivel trofic la altul nu se face cu același randament. Eficiența acumulării energiei crește spre nivelurile superioare. Erbivorele sunt considerate risipitori de energie, adică consumă mult, dar asimilează puțin. Carnivorele sunt acumulatori de energie; ele consumă puțin, dar asimilează mult din materialul ingerat (fig. 52).

81

Fig. 51. Fluxul de energie din compartimentul animale domestice [Balch și Reid, 1976]

Fig. 52. Dinamica energetică a unui lanț trofic dintr-un ecosistem natural din zona temperată [Puia și colab., 1999]

În figura 53 este prezentată schema generală a fluxului de energie într-un ecosistem. Putem observa aici că, pe măsură ce trecem de la nivelul producătorilor către consumatorii de rang înalt, o tot mai mare parte din energia asimilată va fi utilizată pentru necesitățile proprii ale organismelor, în detrimentul producției de biomasă (cantitatea de substanţă organică acumulată într-o perioadă de 82

timp şi existentă la un moment dat). Pe măsura avansării într-un lanț trofic, disponibilitățile energetice devin din ce în ce mai mici pentru nivelul trofic următor. Eficiența ecologică (exprimă în procente raportul dintre energia furnizată ca biomasă nivelului trofic următor și energia consumată de acesta din nivelul trofic inferior) are valoarea de 10%, în majoritatea cazurilor. Aceasta înseamnă că, din energia consumată prin hrană, un nivel trofic va pune la dispoziția nivelului trofic superior doar 10% din ceea ce a consumat. Reducerea de 10 ori a energiei disponibile ca hrană, prin trecerea de la un nivel trofic la altul, face ca numărul maxim de verigi ale majorității lanțurilor trofice să nu fie mai mare de 5-6. Această legitate are o profundă semnificaţie biologică dacă ţinem seama şi de faptul că, pornind de la producătorii primari către consumatorii de vârf, creşte, în linii mari şi nivelul evolutiv al speciilor. Speciile mai evoluate de organisme desfăşoară o activitate superioară, mai intensă şi mai diversificată. De exemplu, la păsări şi mamifere o proporţie însemnată de energie este cheltuită pentru căutarea şi capturarea prăzii (la carnivori) dar și pentru protecţia, îngrijirea şi educaţia puilor. De aici rezultă că fluxul de energie prin ecosistem nu este un simplu transfer al energiei chimice de la un nivel trofic la a1tul, ci şi un proces de schimbare a energiei în forme superioare, precum energia nervoasă și energia psihică. În ecosisteme, energia nu circulă în flux continuu, viața ecosistemelor fiind asigurată de posibilitatea înmagazinării energiei la nivelul energiei chimice potențiale din organismele ce compun biocenoza. Din cele prezentate mai sus se desprind câteva legități ale fluxului de energie în ecosisteme : a.) caracterul unidirecțional; b.) caracterul discontinuu; c.) tendința ecosistemelor de maximalizare a fluxului de energie și a eficienței energetice; d.) scăderea biomasei, de la nivelul producătorilor primari spre nivelurile trofice superioare; e.) creșterea cantității de energie risipită prin respirație, în defavoarea biomasei, pe măsură ce ne îndreptăm spre consumatorii de vârf; f.) creșterea eficienței utilizării (consumului) energiei (hranei) odată cu creșterea rangului consumatorilor.

83

Fig. 53. Schema generală a fluxului de energie printr-un ecosistem [Ramade, 1978]

84

Fiecare ecosistem are propria sa configurație energetică, în funcție de natura sa și de regiunea geografică în care este amplasat. Astfel, în stepe cea mai mare cantitate de energie este depozitată în sol de unde este cedată, în mare parte, ortopterelor [Gyllenberg, 1969]. În tundră și în munții înalți cantitatea de energie din sol este redusă, fluxul energetic având valorile cele mai înalte în compartimentul rozătoarelor de unde trece mai departe în compartimentele superioare ale ecosistemului [Belaia și Morozov, 1979; Danilov, 1980]. În lacurile de apă dulce, fluxul principal de energie se scurge prin zooplanctonul erbivor (obține 40-50% din energia masei algale), iar în ecosistemele marine prin microfloră. Însemnătatea științifică și practică a cercetărilor cu privire la fluxul de energie este una deosebit de importantă. Acestea permit înțelegerea legităților productivității biologice, a factorilor ce concură la producția de biomasă, dau posibilitatea prognozării dinamicii resurselor biologice, a amenajării raționale și a protecției ecosistemelor. 5.1.3. Producția și productivitatea ecosistemelor În plan macroscopic, fluxul de energie apare ca un flux de materie, în care moleculele asimilate sunt transformate în molecule specifice consumatorului. Ecosistemele nu sunt numai depozite și transformatori de substanță ci și producători. Evident, producători de substanță organică, nu de energie. Astfel, livada, pădurea, pășunea, funcționează ca niște întreprinderi producătoare de biomasă, pe baza unei tehnologii naturale. Momentele esențiale ale procesului de producție constau în legarea primară a biomasei și în descompunerea necromasei. Ramura ecologiei care se ocupă cu formarea substanței organice în biosferă este denumită biologia productivității. În rândul ecologilor nu există, în momentul de față, definiții unanim acceptate în domeniul biologiei productivității. De aceea, în cursul de față, definițiile utilizate sunt cele mai frecvent întâlnite în literatura de specialitate și cele mai compatibile cu noțiunile prezentate în lucrarea de față. În fiecare ecosistem există două componente ale producției: producția primară și producția secundară. I. Producția primară este cantitatea de materie organică sintetizată de producătorii primari (plantele verzi şi organismele chemosintetizante) pe baza substanțelor anorganice. Sinteza primară a substanței organice se bazează pe două surse de carbon: CO2 (în fotosinteză) și CH4 (în chemosinteză). Producția primară reprezintă sursa de hrană pentru toate speciile heterotrofe și se exprimă sub formă brută şi netă. Producţia primară brută (PPB), reprezintă cantitatea totală de substanță organică produsă de către organismele autotrofe, prin fotosinteză, respectiv chemosinteză. O parte din această energie este folosită pentru desfășurarea proceselor metabolice (sinteză substanțe organice, mișcare etc.) ale plantei producătoare, iar partea rămasă este acumulată sub formă de substanţă organică în celulele ţesuturilor, constituind producţia primară netă (PPN). Câștigul propriu-zis de biomasă se obține după scăderea “cheltuielilor de întreținere ale plantei”, exprimate prin respirație. Dinamica proceselor metabolice este întreținută de un flux slab, dar permanent, de electroni pus la dispoziția organismului prin respirație. Prin respirație sunt desfăcute, de fapt, legăturile C-C din substanțele organice, energia rezultată fiind utilizată treptat [Puia și colab., 1998]. Deci, producţia primară netă (PPN) = producţia primară brută (PPB) – consumul respirator (R). Producţia primară netă constituie sursa de hrană disponibilă pentru nivelul trofic al consumatorilor primari (fitofagi). Cantitatea de substanţă organică acumulată (producţia netă) într-o perioadă de timp şi existentă la un moment dat în ecosistem poartă numele de biomasă. Viteza de acumulare a biomasei, prin fotosinteză, raportată la unitatea de timp și de suprafață reprezintă productivitatea primară. Rezultatul productivității primare este, așadar, producţia primară netă. În timp, producţia primară netă nu are o valoare constantă. De exemplu, la sfârșitul toamnei frunzele arborilor mor, intrând în structura detritusului. La fel se întâmplă cu partea aeriană a unor plante cu rizomi sau bulbi. Substanța organică, rămasă sub formă de biomasă a părţilor vegetale vii 85

ale plantelor reprezintă biomasa pe picioare (“standing crop“). Biomasa pe picioare este o parte a producţiei primare nete. Productivitatea primară, biomasa, producția primară, se exprimă în greutatea substanţei organice uscate raportată la unitatea de spaţiu (mg/l; g/mp; kg/ha etc.) şi timp. Transformarea unităţilor de masă în unități energetice se poate face cunoscând echivalentul unui gram de substanță uscată (materie organică + substanțe minerale) în kcal. De exemplu, în cazul plantelor terestre un gram de substanţă uscată echivalează cu 4,5 kcal [Botnariuc și Vădineanu, 1982]. Puia şi colab. (2001) apreciază că în agroecosistemele cu recolte acceptabile, productivitatea primară netă este sensibil mai mare decât în ecosistemele naturale înlocuite, dacă acestea au fost alcătuite din plante ierboase. În tabelul 2 putem observa producţia primară netă a unor ecosisteme terestre și acvatice - pădurile tropicale umede: 2.800 g/mp/an; pădurile de foioase din zona temperată: 1000 g/mp/an; terenuri cultivate din zona temperată: 50 g/mp/an; deșerturi: 3 g/mp/an; bălți și mlaștini: 2000 g/mp/an.

Ecosistem

Tabelul 2 Producția primară netă a unor ecosisteme [Lieth, 1975] Producția primară netă kg/mp/an în milioane (106) cal/mp/an

Ecosisteme terestre Păduri tropicale umede Păduri de foioase Păduri boreale (conifere) Tundra Savanele (pășunile tropicale) Pășunile temperate Deșerturi Terenuri cultivate Ecosisteme de apă dulce Bălți și mlaștini Lacuri și cursuri de apă Ecosisteme marine Largul oceanului Zonele cu curenți de convecție Platformă continentală Recifi Estuare

2,8

11,5

1,0 0,65

4,6 3,0

0,16 0,8

0,7 3,2

0,8 0,003 0,05

3,2 2,7

2,0 0,5

8,4 2,3

0,13 0,5

0,6 2,5

0,36

1,6

2,0 1,8

9,0 8,1

Proporția PPB, cheltuită în respirația producătorilor primari, variază între limite foarte largi, de la 20% la 80%, ea fiind mai mare în ecosistemele forestiere comparativ cu plantele anuale [Whittaker și Marks, 1975]. Kormondy (1996) apreciază că, în linii mari, aproximativ jumătate din producția primară brută este utilizată de plante în procesul respirator. Desigur că, există numeroase excepții, în special speciile de plante anuale cultivate în sisteme intensive [Puia și colab., 2001]. 86

Recolta reprezintă doar o parte din producţia primară netă. Aceasta diferă foarte mult între recoltele bazate pe organele de reproducere şi cele bazate pe organe vegetative. Astfel, la boabele de cereale şi leguminoase umiditatea este de 12-16%, iar la fructele cărnoase şi tuberculi 70-80%. De aceea s-a generalizat practica evaluării recoltelor în substanţă uscată. Corelaţia dintre recoltă şi producţie primară netă poate fi sugerată de valorile indicelui de recoltă (IR), prin care vom înţelege procentul de substanţă uscată din produsul util din punct de vedere economic [Puia şi colab., 2001]. În unele cazuri recolta este extrasă din masa vegetală supraterană, în alte cazuri din cea subterană (rădăcinoase, tuberculifere, bulbifere etc.). În tabelul 3 sunt prezentate valorile indicelui de recoltă la câteva specii de plante cultivate. Tabelul 3 Valoarea indicelui de recoltă la câteva plante cultivate [Zelitch, 1975] Specii de plante cultivate Porumb - soiuri polenizate liber - hibrizi Sorg Orez Orz Grâu Secară Fasole boabe Soia

Indicele de recoltă (%) Media Limitele de variaţie 24 42-43 41 51 48 31-39 27 59 32

38-47 40-41 43-57 35-52 23-46 26-29 53-67 29-36

Menţionăm că pentru stabilirea indicelui de recoltă, raportarea s-a făcut la PPN supraterană. Chiar dacă recolta utilă a speciilor luate în studiu este reprezentată de organele de reproducere, indicele nu depăşeşte decât foarte rar valoarea de 50%. Dacă raportarea s-ar fi făcut la total PPN, cifrele s-ar reduce cu circa 1/3, iar dacă IR s-ar raporta la PPB, valorile din tabel s-ar reduce aproximativ la jumătate. De-a lungul timpului, unul dintre obiectivele amelioratorilor a fost creşterea indicelui de recoltă [Puia şi colab., 2001]. Productivitatea agricolă primară este determinată, aşadar, de factorul genetic, dar şi de intensitatea luminii, concentraţia CO2, aprovizionarea cu apă şi elemente minerale etc.. De aici, decurg o serie de adaptări ale tehnologiei plantelor de cultură, în vederea creşterii productivităţii: expoziţia culturilor, stabilirea densităţii optime, tăierile pomilor fructiferi, îndepărtarea excesului de apă, irigarea, fertilizarea, solele săritoare cu plante leguminoase pentru fixarea azotului atmosferic etc.. II.) Producţia secundară brută Substanţa organică produsă de plantele unui ecosistem reprezintă sursa de energie disponibilă pentru nivelurile trofice următoare ale diferiţilor consumatori: direct pentru fitofagi, indirect pentru consumatori de ordine mai înalte. Producţia primară poate fi valorificată pe deplin numai atunci când printre consumatorii primari există un grup de fitofagi cu număr mare de indivizi, capabili să convertească o cantitate mare de substanţă vegetală în substanţă animală. Astfel, materia şi energia, puse în circulaţie de plante, pot deveni accesibile şi pentru animalele nefitofage. Aceste grupe de consumatori primari formează în biocenoze aşa numitele “industrii cheie”. De exemplu, în Oceanul Atlantic, funcţia de industrie cheie este îndeplinită de krill (Euphasia superba) [Beddington şi May, 1982], în savane, de termite [Wood, 1976], în pădurile de foioase, de păduchii de frunze etc.. Fluxul de materie şi energie care străbate ecosistemul poate urma două căi: calea erbivoră şi 87

cea detritivoră. În primul caz, producţia primară netă este consumată sub formă de ţesut vegetal viu, iar în al doilea caz sub formă de necromasă. Cu excepţia ecosistemelor minore, în care nu are loc fotosinteza (abisurile oceanelor şi peşterile), transferul energiei prin compartimentele de consumatori se realizează atât pe calea erbivoră cât şi pe cea detritivoră. În funcţie de ponderea mecanismului de transfer al materiei şi energiei, avem ecosisteme de tip erbivor şi detritivor. Ecosistemele (industriile) “erbivore” se bazează pe păşunatul (în sens larg) covorului vegetal de către animalele erbivore (pajişti, fâneţe, poieni, largul mării, largul lacurilor etc.). Ecosistemele (industriile) “detritivore” sunt întemeiate pe consumul necromasei (adâncurile lacurilor, mărilor şi oceanelor, mlaştinile de turbă, pădurile etc.) [Pop, 1962; Cruz, 1964]. Destinaţiile energiei consumate de animale prin hrană sunt diferite: o parte din hrana ingerată este digerată şi asimilată. Partea rămasă nedigerată este eliminată prin fecale şi urină. Din hrana asimilată o parte este utilizată în desfăşurarea proceselor metabolice, pentru mişcare, producere de căldură şi se concretizează în procesul respiraţiei (al consumului de oxigen). O altă parte a energiei asimilate prin hrană este stocată în legăturile chimice ale substanţelor organice proprii, sintetizate de organismul animal şi care se concretizează în acumulare de biomasă şi producere de noi indivizi. Așadar, și în cazul organismelor heterotrofe avem o producție secundară brută și una netă. Producția secundară brută reprezintă cantitatea totală de substanță organică produsă în unitatea de timp, iar producția secundară netă este cantitatea de substanță organică acumulată în unitatea de timp de către biosistem, după scăderea pierderilor datorate respirației. Eficienţa asimilării hranei ingerate de animale (energie asimilată/energie ingerată) este foarte diferită: un animal erbivor trebuie să consume 80 kg de iarbă pentru a obţine o producţie secundară de 1 kg, pe când un carnivor are nevoie de aproximativ 5 kg de ţesut animal pentru a acumula 1 kg de masă vie. Eficienţa mai mare la carnivore se explică în primul rând, datorită calităţii nutritive a hranei, care poate fi digerată aproape în întregime. Hrana vegetală conţine, de regulă, multă celuloză şi lignină şi conţine mai puţină energie. Eficienţa asimilării diferă foarte mult, în funcţie de calitatea hranei: la miriapodele care se hrănesc cu lemn în descompunere eficienţa este de 15%, la cele care se hrănesc cu frunze şi ramuri tinere în jur de 40%, la mamiferele care pasc iarbă aproximativ 60%. La carnivorele tipice, eficienţa asimilării este în jur 90%, în timp ce, la animalele insectivore, ce consumă hrană cu multă chitină, de circa 70-80%. În agroecosisteme, producţia secundară stă la baza tuturor produselor obţinute de la animale. Proporţia în care proteina şi energia din raţia furajeră a animalelor este transformată în produse consumabile de om este foarte diferită. Datele din figura 54 arată că, cea mai eficientă conversie se obţine la producţiile de ouă (27%) şi de lapte (26%). La bovine şi ovine pentru carne, eficienţa este scăzută însă câştigul alimentar este categoric, dacă avem în vedere că acestea se hrănesc cu produse neconsumabile de om. Desigur că, rasele ameliorate de animale valorifică cel mai eficient proteina din furaje şi realizează cele mai bune performanţe în realizarea producţiei secundare.

88

Fig. 54. Eficienţa producţiei animalelor de fermă [Puia şi colab., 2001]

5.2. Funcţia de circulație a ecosistemelor Fluxul de energie care curge permanent prin ecosisteme antrenează și un număr însemnat de elemente chimice. Acest flux continuu de substanță și energie stă la baza existenței vieții pe Terra. Aceste două fluxuri nu pot fi separate, deoarece ele compun împreună materia organică. Desigur că, nu toate elementele chimice urmează aceeași migrație a atomilor. În perioada abiogenă a existenței Pământului, adică înainte de apariția vieții, circuitul materiei era un circuit geochimic, determinat doar de forțele fizico-chimice ale materiei (radiația solară - ultravioletă și termică - descărcările electrice, vântul, circuitul hidrologic). Aceste circuite nu sunt perfect închise, o parte dintre atomi fiind îndepărtați permanent din circuit, în fisurile litosferei sau pe fundul oceanelor. Odată cu trecerea la stadiul biochimic de evoluție a materiei, în ciclurile geochimice intervin viețuitoarele, ciclurile devenind astfel biogeochimice. În aceste circuite, volumul de materie vehiculat este tot mai ridicat, viteza tot mai mare, iar cantitatea de atomi îndepărtați din circuit crește. Kovda (1979) ajunge la concluzia că, dintre atomii care intră în migrația biogeochimică doar 90-95%, cel mult 98%, revin în litosferă, restul sunt scoși din circuit pentru secole sau chiar milenii, sub diferite forme (trunchiuri bătrâne de copaci, oase de balenă, dinți de rechini, cochilii de moluște). Biogeochimia este ramura geochimiei care se ocupă cu studiul parcursului elementelor chimice în biosferă. De-a lungul timpului, sintagma ciclu biogeochimic a primit diferite definiții. Begon și colab. (1996) definesc această noțiune astfel: ciclul biogeochimic este mișcarea elementelor chimice între organisme și compartimentele nevii ale atmosferei, hidrosferei și litosferei. Menționăm că, atenția oamenilor de știință s-a concentrat asupra acestor aspecte, mai ales după ce, în anul 1986, Consiliul Internațional al Uniunilor Științifice (ICSU), constatând creșterea impactului antropic asupra întregului mediu terestru, a inițiat IGPB (Programul Internațional pentru Biosferă și Geosferă). Cei mai mulți nutrienți necesari vieții se găsesc sub formă de minerale, în scoarța terestră. Aceștia intră în circuitele biogeochimice prin intermediul plantelor care le extrag din mediu și le includ în construcția moleculară a substanțelor vii. Descompunătorii readuc materia organică moartă la stadiul de simplu element mineral, eliberând atomii din substanțele organice. Aerul și apa transportă nutrienții între componentele abiotice și cele biotice ale ecosistemului. Fără prezența acestor factori, fluxul de materie și energie prin 89

ecosisteme, nu ar putea avea loc. Pentru creșterea, dezvoltarea și reproducerea organismelor vii sunt necesare 30-40 de elemente (tabelul 4). Tabelul 4 Principalele elemente biologice importante [Smith, 1992] Element Carbon Azot Oxigen Sulf Calciu

Fosfor Magneziu Potasiu Sodiu și clor Fier Zinc Cupru Molibden Iod Bor Siliciu Seleniu

Rolul în organism Atomul cheie al tuturor formelor de viață, alături de oxigen și hidrogen Component al tuturor proteinelor, aminoacizilor și acizilor nucleici. Azotul molecular (N2) formează 78% din atmosferă. Plantele îl pot folosi doar în formă fixată. Formează 21% din atmosfera Pământului. Necesar pentru procesele oxidante. Constituient de bază al proteinelor. La animale, este necesar pentru echilibrul acido-bazic din organism și pentru numeroase procese fiziologice. Conferă rigiditate scheletului la vertebrate și pseudoscheletului la nevertebrate. La plante este liantul dintre celule; permite rădăcinilor o creștere și o dezvoltare normale. Componentă a proteinelor și a multor enzime; rol major în transferul energiei la nivel celular. Parte integrantă a clorofilei; componentă esențială a enzimelor la plante și animale. Sinteza proteinelor, diviziune celulară normală; rol în metabolismul carbohidraților la animale. Indispensabile pentru animalele vertebrate; importante în menținerea echilibrului acido-bazic și a presiunii osmotice a fluidelor extracelulare; rol în formarea și fluxul secrețiilor gastrice și intestinale. Activ în fixarea azotului și în fotosinteză; transportă electronii; parte din proteinele complexe care activează și transportă oxigenul în sânge. Component al auxinelor – substanțe de creștere la plante; component al enzimelor la plante și animale. Influențează randamentul fotosintetic; implicat în reacțiile de oxidoreducere; activator de enzime. Catalizator al proceselor de conversie a azotului molecular în forme accesibile, la algele verzi și albastre și la bacteriile fixatoare de azot. Necesar pentru metabolismul tiroidian. Esențial pentru 15 funcții la plante, incluzând metabolismul carbohidraților, a apei și translocarea zahărului. Necesar diatomeelor și vegetalelor pentru structura suport a organismului; imprimă rezistență la bacteriile și fungii patogeni Rol esențial în activitatea vitaminei E

În figura 55 este prezentată schematic, circulația substanțelor în natură. Cantitățile cele mai mari de elemente necesare vieții sunt cele de hidrogen, carbon, oxigen și sulf. Acestea se găsesc în țesuturile vii la nivelul gramelor/kilogram, iar nevoile zilnice se ridică la câteva grame. Următoarea categorie de elemente include potasiul, calciul, magneziul și sodiul. Sunt cunoscute sub numele de macroelemente sau macronutrienți, iar în țesuturi se găsesc câteva grame/kg; necesarul zilnic este de aproximativ un gram. Plantele și animalele conțin numeroase alte elemente (microelemente sau micronutrienți), în cantități foarte reduse (miligrame sau micrograme/kg țesut); întrucât nu pot fi cuantificate prin metode analitice, studierea microelementelor (fier, cupru, zinc, iod, bor, siliciu) se poate face numai 90

după o prealabilă marcare a lor. Dacă depășesc cantitățile necesare, micronutrienții devin toxici [Smith, 1992]. La aceste categorii se adaugă și elementele toxice, cum sunt – plumbul, mercurul, cadmiul, uraniul etc. – care nu au niciun rol pozitiv în metabolismul plantelor și animalelor. Niciun organism de pe Terra nu se poate lipsi de prezența în structurile lor și în desfășurarea proceselor metabolice fundamentale de șase elemente chimice esențiale: C, H, N, O, P și S. Aceste elemente sunt prezente în proporție de aproximativ 99% în orice organism, fie în substanțele organice ce le compun, fie în solventul general pentru majoritatea moleculelor din organisme – apa (H2O) [Puia și colab., 2001]. Orice ciclu biogeochimic constituie un sistem foarte complex care are câteva trăsături de bază: Se poate constitui numai pentru acele elemente chimice care au un rol esențial în structura și energetica organismelor individuale [Rodhe, 1992]. Este antrenat în mișcare numai prin existența unei surse de energie (energia solară); travaliul termodinamic se realizează atât prin intermediul factorilor climatici (temperatură, vânturi, ploi) cât și a metabolismului diferitelor viețuitoare. Fiecare element chimic care generează un ciclu biogeochimic este depozitat în cea mai mare parte și numai o cantitate mică din acea rezervă este pusă în circulație; de aici rezultă că menținerea biosferei ca sistem viu global se bazează pe echilibrul tuturor sistemelor ecologice planetare. Viteza de desfășurare a procesului de înlocuire a atomilor unui element dat prin alți atomi ai aceluiași element poartă numele de reînnoire, înlocuire, rotire, sau turnover. Organismele și ecosistemele care au capacitate mai mare de recirculare a elementelor sunt considerate ca având o productivitate sporită pe unitatea de timp și spațiu. De exemplu, dacă biomasa unui ecosistem este de 10.000 g/mp, iar completarea prin creștere anuală este de 1.000 g/mp, atunci timpul de înlocuire sau de substituire, rezultat din raportul 10.000/1.000, va fi de 10 ani. Rata sau proporția substituirii se calculează după raportul invers de 1.000/10.000 = 0,1. Ecosistemele foarte stabile, cu o productivitate constantă, dar scăzută au o rată de substituire foarte scăzută, în timp ce ecosistemele cu o productivitate ridicată au o rată de înlocuire mare [Puia și colab., 2001]. În biocenoză, se realizează circulația permanentă a materiei prin intermediul lanțurilor trofice. Din biotop, substanța pătrunde în biocenoză, prin intermediul plantelor, sub forma unor combinații de atomi. Așadar, plantele sunt cele care asigură absorbția selectivă a elementelor din biotop în biocenoză. Proporţia şi viteza de absorbţie a elementelor de către biocenoză, constituie o caracteristică a fiecărui ecosistem. Astfel, în pădurile ecuatoriale umede, materia organică moartă este descompusă rapid și reabsorbită apoi de către plante. În pădurile temperate, materia organică lipsită de viață se acumulează la suprafața solului, în litieră, sau sub formă de humus, în sol. În cel de-al doilea caz, ciclurile biogeochimice sunt încetinite, iar substanțele minerale sunt puse la dispoziția plantelor în mod treptat. Desigur că, ecosistemele cu o viteză mai mare de reciclare a elementelor au și o productivitate mai mare.

91

Fig. 55. Schema generală a circulației substanțelor (a elementelor chimice prin compușii lor) în ecosistemele naturale, pe seama scurgerii discontinue a curentului de energie. Circuitul gazos al CO 2 și O2 a fost parțial detaliat pentru evidențierea celor două procese complementare : fotosinteza și respirația [Odum, 1975, modificat de Puia și colab., 1998]

92

De la producători, substanțele ajung în organismul consumatorilor unde sunt scindate în radicali mai simpli care au destinații diferite: o parte dintre aceștia sunt utilizați în sinteza de noi substanțe, specifice organismului consumatorului, iar o altă parte este eliminată sunt formă de deșeuri metabolice. O altă categorie de substanțe este depozitată în țesuturi. De-a lungul lanțurilor trofice, aceste elemente realizează concentrații crescânde spre nivelurile superioare ale piramidei trofice. Procesul este cunoscut sub denumirea de concentrare - acumulare sau amplificare biologică. De exemplu, într-un lanţ trofic acvatic cu cinci verigi, concentraţia de DDT creşte de la 0,000003 ppm DDT în mediul abiotic, la 25 ppm în ţesuturile păsărilor consumatoare de peşti carnivori, adică de aproximativ 10 milioane de ori mai mare. Acest insecticid se acumulează îndeosebi în țesuturile adipoase ale prădătorilor de vârf (fig. 56).

Fig. 56. Fenomenul de amplificare biologică [Miller, 1994] Cunoaşterea acestui proces are o importanţă deosebită pentru că unele substanţe toxice ce au în biotop concentraţii reduse (pesticide, metale grele, produse petroliere etc.) pot ajunge la unii consumatori din vârful piramidei trofice (răpitoare, om) la concentraţii foarte mari ce pot deveni letale. Transferul elementelor din biocenoză în biotop se face prin mineralizarea substanțelor organice din organismele moarte, prin intermediul descompunătorilor (fig. 57). Substanțe anorganice

Producători primari

Fitofagi

Zoofagi

Carnivore de vârf

Descompunători

Fig. 57. Transferul elementelor în ecosistem prin ciclu trofic [Vântu, 2000]

O caracteristică importantă a circulaţiei substanţelor în ecosistem este viteza de desfăşurare a procesului. Astfel, în pădurile ecuatoriale umede, materia organică lipsită de viaţă este rapid 93

descompusă şi reabsorbită, în timp ce, în ecosistemele naturale din zonele temperate se acumulează o mare cantitate de materie moartă la suprafaţa solului (litiera, turbă) sau în sol (humus). Formarea humusului determină o încetinire a ciclurilor biogeochimice şi asigură eliminarea lentă a elementelor repuse la dispoziţia plantelor. În acest fel, sistemele capabile de o mai rapidă reciclare a elementelor şi substanţelor au o productivitate sporită pe unitatea de suprafaţă şi timp. Circulația substanțelor în ecosisteme se prezintă sub două aspecte: - circulația elementelor chimice sub formă de compuși minerali și integrarea lor în plantele verzi; - circulația elementelor chimice sub forma substanței organice, de la producătorii primari spre consumatori de diferite ordine. Circulaţia substanţelor la nivelul biosferei formează circuite biogeochimice globale. Ele se pot împărți în două tipuri fundamentale: gazos (azot, oxigen, carbon, parțial sulful) și sedimentar (fosfor, calciu, parțial sulful). La circuitele sedimentare, rezervorul principal îl constituie litosfera, iar la circuitele gazoase atmosfera. Circuitele gazoase se mai numesc închise sau perfecte deoarece ieșirile din rezervor sunt echilibrate în timp de intrări. Circuitele sedimentare se mai numesc deschise sau imperfecte și nu au un echilibru între ieșiri și intrări. Ciclurile închise au o circulație rapidă, deoarece elementul chimic constitutiv se găsește în stare gazoasă și posedă liberă circulație în întreaga atmosferă. Circuitele biogeochimice deschise au o circulație lentă, sunt regionale și locale întrucât elementul constitutiv este distribuit în petice, în dependență de compoziția chimică a litosferei [Odum, 1983; Butcher și colab., 1992]. De asemenea, un rol major la nivelul biosferei îl reprezintă circuitul apei, deoarece prin scurgeri la suprafață și infiltrarea în apa freatică, apa antrenează și circulația substanțelor minerale solubile. În prezentul curs ne vom opri asupra celor mai importante cicluri biogeochimice pentru agricultură și alimentația omenirii: carbonul, azotul, fosforul, sulful și apa. 5.2.1. Circuitul carbonului Carbonul este constituientul de bază al tuturor compușilor organici. Structura atomului de carbon este de așa natură încât permite legarea atomilor de C între ei formând lanțuri ce reprezintă „scheletul” tuturor moleculelor și macromoleculelor organice. Evaluarea productivității primare se exprimă în grame carbon fixat/m2/an [Smith, 1992]. Dacă rolul biologic al carbonului este de prim rang, rolul ecologic global este, de asemenea, foarte important. CO2 atmosferic, alături de alți componenți atmosferici, reprezintă un ecran care împiedică o parte din radiația termică emisă de Pământ să se piardă în spațiu. Așa se formează efectul de seră natural prin care este menținută temperatura medie globală la temperaturi favorabile vieții. În compoziția globală de atomi a biosferei, carbonul reprezintă 21,9% [Deevey, 1990], iar în materia vie 49%. Aceasta înseamnă că deține locul doi după hidrogen (49,8%) și este pe un loc egal cu oxigenul. Cantitatea totală de carbon de pe Terra a fost estimată la 44.748 gigatone (o gigatonă = 10 9 tone). Sunt trei rezervoare principale de carbon în natură: oceanul (38.000 gigatone), atmosfera (748 gigatone) și suprafața terestră (2.000 gigatone). La acestea se adaugă carbonul din rezervele geologice (4.000 gigatone). Litosfera cuprinde carbon sub formă de carbonați (CaCO3, MgCO3, Na2CO3 ș.a.) [Smith, 1992] – fig. 58 și 59. Deși circuitul carbonului este unul închis, cantități mari de carbon ies din circuit pentru perioade îndelungate de timp. Căile mai importante prin care se realizează aceste „scurgeri” sunt: a.) depunerea carbonului în sedimente, sub formă de carbonați de calciu și magneziu, provenit din scheletele cadavrelor; b.) materia organică moartă fosilizată. Cea mai mare parte a rezervelor de combustibili fosili s-a format în Carbonifer, cu 290 - 355 milioane de ani în urmă, când a fost îngropată în adâncurile scoarței terestre o cantitate enormă de materie organică nedescompusă. Această cantitate a fost evaluată circa la 70 milioane gigatone [ReVelle și ReVelle, 1992.] 94

Fig. 58. Fluxul global al carbonului între rezervoarele majore: aer, ocean și suprafața terestră (gigatone, la nivelul anului 1980)[Smith, 1992]

95

Fig. 59. Rezervoarele majore active în circuitul global al carbonului. Mărimea rezervoarelor este în gigatone [Smith, 1992]

Fig. 60. Căile și mecanismele fundamentale ale ciclului carbonului [Barbault, 1995]

Plantele îndepărtează anual, prin procesul de fotosinteză, circa 1/7 din CO2 atmosferic [Levine și Miller; Enquist și colab., 2003]. Prin lanțurile trofice carbonul din substanțele organice este transferat până la consumatorii de vârf. Prin respirație și prin diferitele procese de descompunere, CO2 atmosferic este redat circuitului. Circuitul carbonului este reglat, așadar, de două procese antagoniste: fotosinteza și respirația (fig. 60). Cantitatea de dioxid de carbon variază și în funcție de anotimp. Vara, când activitatea fotosintetică este maximă cantitatea este mai mică, iar în timpul iernii mai mare. Concentrația normală a dioxidului de carbon în atmosferă este de 0,03% . Până la Revoluția Industrială, fenomenul de “combustie biologică” era principalul izvor de CO 2 atmosferic. Începând cu această perioadă, atmosfera este alimentată cu CO2 și prin „combustie industrială”, adică arderea combustibililor fosili. Astfel, s-a înregistrat o creștere progresivă a acestui gaz atmosferic. Analizele efectuate în bulele de aer din calotele glaciare polare arată că dioxidul de carbon a crescut în atmosfera terestră de la 280 ppm, în anul 1750, la 370 ppm în anul 2000. În prezent, activitatea industrială eliberează în atmosferă 5,1 – 7,5 x 109 tone de CO2 care echivalează cu 5-7% CO2 produs de toate animalele și plantele de pe Terra [Keeling și colab., 1995]. Aceste input-uri vin din 96

rezervorul geologic al Pământului. Aproximativ 60% din aceste input-uri rămân în atmosferă, restul fiind absorbit de vegetația terestră și de ocean [Smith, 1992]. Prin activitatea vulcanică sunt injectate în atmosferă cantități importante de CO2. În figura 61 este prezentată evoluția concentrației de CO2 din atmosferă după începutul Revoluției Industriale. O altă cauză a perturbării circuitului carbonului constă în defrișarea masivă a pădurilor, absorbanți de bază ai dioxidului de carbon atmosferic. Pădurile acumulează de 20-30 de ori mai mult dioxid de carbon decât terenurile cultivate sau pășunile. Anual, fiecare hectar de pădure consumă 16 tone de CO2 și produce 30 de tone de oxigen. Astfel, defrișarea lor și înlocuirea cu terenuri agricole și pășuni vor conduce la accelerarea încălzirii la nivel global [Brown și colab., 1996; Muntean, 2004].

Fig. 61. Creșterea concentrației de dioxid de carbon din atmosferă după începutul Revoluției Industriale [Brown și colab., 2002]

În afara circuitului terestru, CO2 realizează și un circuit oceanic (fig. 62). Oceanul joacă un rol important în concentrația CO2 din atmosferă. În straturile superficiale CO2 este utilizat de către fitoplancton pentru sinteza de materie organică, prin fotosinteză. O parte din CO2 atmosferic este dizolvat în apa de precipitații, formând acidul carbonic, care deși este un acid slab, erodează rocile în timp. CO2 dizolvat direct în apele oceanelor reacționează cu carbonatul de calciu prezent masiv în ape, formând anioni (bicarbonații și carbonații): CO2 + H2O

H2CO3

H2CO3 + CaCO3

Ca(HCO3) 2

Ca2+ + 2HCO3-

2HCO32H+ + 2HCO3(bicarbonat) (carbonat) Rata absorbției de dioxid atmosferic de către oceane depinde de temperatura apelor. CO 2 are solubilitate mult mai mare în apele reci decât în cele calde, de unde rezultă o scădere a CO2 din atmosferă. S-a observat că o creștere a temperaturii apei cu 0,1oC mărește concentrația CO2 atmosferic cu 10 ppm [Machta, 1973]. Aceasta înseamnă că Oceanul Planetar ar putea deveni o sursă importantă de CO2 pentru atmosferă, în condițiile încălzirii globale. Rezervorul terestru de carbon al Pământului este alcătuit din materie organică (plante, animale, sol, litieră etc.). Pe termen scurt, schimbul de carbon între ecosistemele terestre și atmosferă este unul dezechilibrat însă pe termen lung putem vorbi despre un echilibru destul de stabil. 97

Pădurile sunt principalii consumatori de dioxid de carbon. Ele fixează anual aproximativ 36 gigatone de CO2. De asemenea, pădurile sunt un rezervor activ major de dioxid de carbon în ecosistemele terestre, ele conținând 1.485 gigatone. O mare parte din acest rezervor se găsește în partea lemnoasă, cu timp de înlocuire foarte îndelungat; partea ierboasă are un turnover mult mai rapid. Diferențe semnificative ale timpului de înlocuire există și între pădurile tropicale și cele din zona temperată și rece. După constatările lui Smith (1992) la tropice, timpul de înlocuire este mai puțin de un an.

Fig.62. Circuitul carbonului în ecosistemele acvatice și terestre [Smith, 1992]

Pentru reducerea dereglărilor antropice în circuitul carbonului, se sugerează două soluții: creșterea absorbției CO2 prin mărirea volumului de vegetație; reducerea emanațiilor antropice (industrie, transporturi, încălzirea locuințelor) prin retehnologizare, utilizarea surselor de energie alternativă etc.. 5.2.2. Circuitul azotului Rolul biologic al azotului este unul extrem de important, deoarece constituie elementul de bază al proteinei, iar proteina este “cărămida” ce stă la baza construcției materiei vii. Rezervorul principal de azot este atmosfera, unde se găsește în stare gazoasă, în proporție de 79%. Deși îl găsim din abundență în atmosferă, azotul este sub formă moleculară (N2), inaccesibilă majorității 98

organismelor vii. Pentru a fi utilizat de către acestea, el trebuie să fie convertit în forme accesibile (NO3-, NH4+). Toate aceste transformări constituie, de fapt, faze ale ciclului biogeochimic al azotului. A.) Fixarea azotului molecular (N2) se face prin procese fizice și biologice. Procesele fizice implicate în fixarea azotului atmosferic sunt radiațiile ultraviolete la înălțimi mai mari, respectiv descărcările electrice, la înălțimi mai mici. Pentru a se realiza combinarea azotului cu hidrogenul și cu oxigenul din apă este nevoie de aceste surse puternice de energie. Rezultă, astfel, amoniul și nitrații care ajung pe Pământ prin precipitații. S-a estimat că anual ajung pe această cale 8,9 kg azot/hectar (Smith, 1992). A doua cale de fixare a azotului atmosferic este cea biologică, cu ajutorul microorganismelor fixatoare de azot. Aceste microorganisme pot fixa azotul atmosferic fie direct (fixatori liberi), fie în simbioză (fixatori simbionți) cu rădăcinile plantelor din speciile Fabaceae, unde formează nodozități. Principalele bacterii simbionte sunt cele din genul Rhizobium. În ecosistemele agricole se cunosc circa 200 de specii de plante fixatoare de azot, iar în cele naturale circa 12.000 de specii [Smith, 1992]. Astfel de nodozități formează și rădăcinile unor specii de arbori și arbuști din alte familii botanice. În acest caz, fixatorii simbionți sunt asociații de actinomicete [Dordea și Coman, 2005]. Amoniul produs de bacterii împreună cu hidrocarbonaţii rezultaţi din fotosinteză permit formarea aminoacizilor, utilizați de plante în sinteza substanţelor proteice. Pe această cale se produc 100-200 kg azot/hectar anual, respectiv 90% din N fixat pe Terra în fiecare an. Se cunosc numeroase specii fixatoare de azot nesimbiotice, în sol și în apă din genurile Azotobacter, Bacillus, Clostridium. La acestea se adaugă o serie de specii de alge albastre și verzi, licheni [Smith, 1992]. Anual, pe Terra se fixează pe cale biologică circa 150 milioane tone de azot. B.) Denitrificarea constă în procese care reduc NO3- la N2 (azot molecular) și N2O (oxidul nitros) sau alți compuși gazoși ce conțin azot. Cele mai importante bacterii denitrificatoare aparțin genului Pseudomonas. Denitrificarea se produce mai intens în soluri, ape, sedimente, slab aerate, cu multă substanţă organică și cu pH cuprins între 6 și 7. Temperatura optimă desfășurării acestui proces este de 60oC [Smith, 1992]. Denitrificarea este principala cale prin care se pierde în atmosferă azotul fixat pe cale fizică sau biologică. Pentru ecosistemele agricole, acest fenomen este foarte dăunător deoarece conduce la pierderi importante de azot în atmosferă, sub formă de amoniac. C.) Mineralizarea compușilor organici constă în descompunerea organelor și organismelor moarte până la compuși utilizabili (nitrați sau amoniu) de către plante. Acest proces se desfășoară în două etape mai importante: amonificarea și nitrificarea. a.) Amonificarea înseamnă degradarea substanțelor organice azotate până la amoniac (NH3). b.) Nitrificarea este procesul biologic în care amoniacul este oxidat până la nitriți (nitritarea) și apoi nitrați (nitratarea). În fiecare etapă sunt implicate alte grupuri de specii bacteriene: nitritarea - specii din genul Nitrosomonas; nitratarea – grup de bacterii din genul Nitrobacter. D.) Sinteza substanțelor organice azotoase, proces efectuat de către plante. Energia utilizată în această sinteză este, în principal, cea a energiei solare captate prin fotosinteză. În fig. 63 este prezentată o schemă a circuitului azotului, după Curtis și Barnes (1989). Fixarea biologică a azotului atmosferic se face cu eficiență maximă la presiunea de 0,8 atmosfere și la temperatura de 20oC. Amoniacul se poate obține din azot atmosferic și pe cale industrială însă la o presiune de 250 atmosfere, respectiv 400 oC. Utilizarea fertilizanților cu azot în agricultură constituie principalul factor de dereglare a circuitului azotului. După evaluările făcute de Whitehead (1995), la scară globală, ciclul azotului este afectat profund de îngrășămintele chimice cu azot. În fiecare an, în agroecosistemele de pe Terra se utilizează circa 60 de milioane de tone de fertilizanți cu azot. Impactul supradozării cu îngrășăminte azotoase constă și în inhibarea florei bacteriene implicată în procesul de fixare biologică a azotului. 99

Prin arderea combustibililor fosili se eliberează în atmosferă cantități imense de oxizi de azot care accentuează dereglările circuitului azotului. În ansamblu, activitățile antropice adaugă în circuitul global al azotului cam tot atât azot cât se fixează pe cale biologică anual, pe întregul mapamond [Vitousek și colab., 1997].

Fig. 63. Ciclul azotului [Curtis și Barnes, 1989]

100

5.2.3. Circuitul fosforului În scoarța terestră, fosforul se găsește în proporție foarte redusă (0,1%), iar în hidrosferă în cantități și mai mici (0,00001%). Cu toate acestea, organismele vii acumulează fosfor până la 1%, dat fiind rolul biologic de prim rang al acestui element chimic. Fosforul intră în compoziția acizilor nucleici, atât ca depozitar al informației genetice (ADN), cât și ca vehiculator de informație genetică, prin acizii ribonucleici ARN. Acizii nucleici puri conțin 10% fosfor care este un component de bază al ATP (acid adenozintrifosforic) – acumulatorul și transportorul de energie chimică potențială la nivelul fiecărei celule. Ionul fosfat este implicat în numeroase procese metabolice precum: fotosinteza, glicoliza, respirația, biosinteza proteinelor, lipidelor, protidelor, enzimelor etc.. La animale, fosforul intră în structura scheletului, dinților, scheletului etc.. Circuitul fosforului face parte din categoria circuitelor sedimentare. Aceasta înseamnă că sursa primară de fosfor este scoarța terestră. În stadiul mineral, elementele cu circuit deschis, deci și fosforul, are două faze: faza de rocă și faza soluției minerale. În faza de rocă, fosforul îl întâlnim în apatit (fosfat natural de calciu) și în rocile magmatice. Faza de soluție este strâns legată de prezența apei, respectiv de circuitul hidrologic. Fosforul din roci este eliberat prin dezagregare chimică. Ulterior, o parte din acesta este absorbit de plante, iar o altă parte este spălat de apele de precipitație și transportat treptat, prin apele curgătoare, spre lacuri, mări şi oceane unde se depune în sedimente. Fosforul ajuns la mari adâncimi este, practic, pierdut pentru biosferă. În sol, fosforul are o mobilitate scăzută, iar accesibilitatea fosforului este dependentă de echilibrul existent între fosforul din soluția solului și cel adsorbit pe suprafața particulelor de sol. Chiar și fosforul aplicat sub formă de îngrășăminte în agricultură poate fi blocat în compuși insolubili, inaccesibili pentru plante. În plante, fosforul este absorbit sub formă de ortofosfat, iar animalele își asigură necesarul cu acest element din dietă. Eliberarea fosfaților se face prin urina și fecalele animalelor și prin mineralizarea materiei organice moarte, cu ajutorul descompunătorilor (fig. 64). Fosforul este mult mai rapid reciclat în ecosistemele acvatice, comparativ cu cele terestre. Revenirea fosforului din oceane pe uscat este însă extrem de lentă și nu compensează nici pe departe scurgerile de fosfor. O revenire parţială a fosforului se realizează prin depunerea excrementelor păsărilor marine şi prin pescuitul realizat de om. Cele mai mari depozite de guano se găsesc pe insulele și pe coastele din Africa, Australia și America de Sud unde este folosit ca și îngrășământ. Date fiind permanentele pierderi de fosfor din circuit și rolul său biologic esențial, este normal ca acest element să constituie un factor limitativ al productivității biologice. Compensarea acestor pierderi se face și prin exploatarea rocilor fosfatice și fabricarea de îngrășăminte cu fosfor. Anual sunt introduse în circuit pe această cale 5-6 milioane tone de fosfor mineral, iar cantitatea este în continuă creștere. Administrarea necorespunzătoare a acestor fertilizanți, alături de cei cu azot, poate conduce însă la îmbogățirea apelor stătătoare continentale în nutrienți. Consecința acestui proces constă în înmulțirea excesivă a algelor, fenomen cunoscut sub denumirea de înflorirea apelor sau eutrofizare. Dereglările circuitului fosforului sunt accentuate și de apele reziduale menajere și industriale, de detergenții care conțin polifosfați și de deșeurile organice.

101

Fig. 64. Ciclul fosforului [Curtis și Barnes, 1989]

5.2.4. Circuitul apei în natură În medie, partea vie a biosferei este alcătuită din apă în proporție de 70%. Aceasta sugerează importanța ei pentru viață, deși din cantitatea totală de apă existentă pe planetă doar 0,00005% este legată de materia vie. Apa constituie substratul fundamental al activităților biologice, catalizator și stabilizator al reacțiilor biochimice. Practic, se poate spune că materia vie este “un sistem organic dispersat în apă”. Circuitul apei este unul foarte simplu, dar extrem de important. Fără circuitul apei nu ar exista circuitele biogeochimice. Forța care pune în mișcare acest circuit este energia solară. Încălzirea atmosferei conduce la evaporarea apei – mecanismul de bază al circuitului. Vaporii de apă din atmosferă se transformă în picături de ploaie sau cristale de gheață și cad pe Pământ. Evaporarea este mai intensă deasupra oceanului (84%), comparativ cu uscatul (16%). Un proces fiziologic important prin care apa revine în atmosferă este transpirația plantelor [fig. 66]. Resursele de apă pe Terra sunt distribuite astfel: 97% apă sărată în mări și oceane; apă dulce 3%, din care 2% în calote polare și ghețari alpini și doar 1% apă dulce în lacuri (0,3%), râuri, fluvii, apă freatică, sol, materie vie [Smith, 1992]. Apa aflată la un moment dat în tranzit (vapori în nori, picături lichide sau cristale solide în precipitații, apă liberă și legată biochimic în materia organică) reprezintă 0,08% [Begon și colab., 1996]. Apa ajunsă pe suprafața terestră se infiltrează în substrat, în mod diferit, în funcție de o serie de factori: tipul de sol, pantă, tipul de vegetație, caracterul precipitațiilor etc.. Ecosistemele forestiere joacă un rol foarte important în circuitul apei. Astfel, circa 65% din apa pluvială căzută pe suprafața pădurii este reținută în sol, iar scurgerile de suprafață sunt în medie de 5%. Cea mai mare 102

parte din apa reținută de coronamentul pădurii este redată atmosferei, prin evaporare. În pășuni, scurgerile de suprafață se ridică la 50%. Infiltrarea masivă a apei în sol este extrem de importantă, deoarece este evitată eroziunea solului și este alimentată pânza freatică [Doniță și colab., 1997]. Agricultura este cel mai mare consumator de apă dulce. Din volumul total de apă preluat din râuri, lacuri sau acvifere, agricultura utilizează 65%, în timp ce, industria 25%, iar populația și municipalitățile circa 10%. Pentru producerea unei tone de cereale sunt necesare aproximativ 1000 tone de apă. Deși reprezintă doar 16% din suprafața agricolă a Terrei, suprafețele irigate asigură 40% din necesarul de alimente al omenirii. În anul 1995, consumul mediu de cereale per cap de locuitor era de 300 de kilograme de cereale, sub formă directă sau sub formă de produse animaliere. În perioada 1950 – 2001 consumul de apă s-a triplat, deși circuitul hidrologic este în esență ca și în urmă cu 50 de ani [Brown, 2002]. Având în vedere creșterea demografică a Terrei, cu circa 90 milioane locuitori pe an, se impune găsirea unor surse suplimentare de apă dulce, ceea ce pare a fi destul de dificil. Utilizarea excesivă a apelor subterane a condus la epuizarea acestor rezerve, respectiv la reducerea ireversibilă a capacității pământului de a stoca apa. Cauza acestui fenomen constă în compactarea materialului geologic al acviferului prin eliminarea porilor și a spațiilor care stochează apa. Așa s-a întâmplat cu acviferele din California (Central Valley), unde exploatarea excesivă a apelor subterane a determinat pierderea unei capacități de stocare de 25 miliarde metri cubi, egală cu aproximativ 40% din totalul rezervoarelor de apă construite de Statele Unite la suprafața solului. O altă cauză a diminuării resurselor de apă dulce constă în invadarea acviferelor de apă dulce cu apă sărată, în zonele de coastă, datorită pompării excesive a apei freatice. Așa s-a întâmplat în vestul Indiei și în Israel. Același efect asupra acviferelor din zonele de coastă îl are și încălzirea globală care va conduce la o creștere a nivelului mării cu 10-120 cm, până în anul 2100 (studiu al Băncii Mondiale). Pe lângă invadarea apei sărate în acviferele de coastă, vor fi inundate 902 milioane hectare de teren, respectiv 48 de orașe din zona litorală. În Vietnam, de exemplu, s-a estimat că va fi necesară construirea a circa 4700 de kilometri de diguri [Brown și colab., 1996].

Fig. 65. Circuitul hidrologic al apei între principalele izvoare [Unep, 1991] M = mărimea rezervorului; t = timpul de înlocuire Ratele fluxurilor sunt în miliarde tone apă/an

103

5.3. Funcţia de autoreglare a ecosistemelor Pentru ca un ecosistem să desfășoare o activitate normală și să-și poată îndeplini funcțiile (energetică și de circulație) trebuie să aibă o anumită stabilitate în timp și spațiu. În condiții de stabilitate, populațiile ecosistemului respectiv reușesc să se adapteze reciproc și față de biotop. Stabilitatea ecosistemelor este rezultatul funcției de autocontrol (homeostazie) ce constă în păstrarea unei stări de echilibru între populațiile componente care să nu permită oscilații numerice prea mari. După Oriens (1975) stabilitatea în ecologie este tendința ecosistemului de a rămâne în apropierea unui punct de echilibru după ce a suferit o perturbare. Necesitatea autocontrolului rezultă din faptul că atât energia primită de un ecosistem natural (agroecosistemele fac excepție) cât și cantitatea de nutrienți disponibili sunt limitate. Pe de altă parte, dacă înmulțirea unei specii nu ar fi temperată s-ar ajunge la epuizarea resurselor de hrană. Prin urmare, menținerea unei populații în ecosistem este dependentă pe de o parte de refacerea hranei, iar pe de altă parte de păstrarea nivelului ei numeric la o valoare cât mai apropiată de cea optimă. Valoare optimă înseamnă starea în care populația să supraviețuiască și să-și îndeplinească funcțiile în biocenoză, cu maximum de eficiență [Botnariuc și Vădineanu, 1982]. În reglarea numărului de indivizi într-un ecosistem intervin populațiile care sunt în relații cu ele, dar și factorii abiotici care pot oferi condiții favorabile sau nefavorabile de dezvoltare. De exemplu, într-un ecosistem acvatic populaţiile algale sunt limitate pe de o parte de elementele nutritive aflate în apă, iar pe altă parte de către peştii erbivori. Starea de echilibru, numită și “stare staționară” rămâne stabilă atâta timp cât abaterile de la medie nu depășesc anumite limite. Stabilitatea biocenozei este asociată de unii ecologi cu complexitatea rețelei trofice. Conform acestor concepții, gradul de stabilitate a biocenozei crește odată cu amplificarea complexității rețelelor trofice [Elton, 1958]. Astfel, în ecosistemele foarte complexe, precum pădurile ecuatoriale, nu se înregistrează explozii ale dăunătorilor, deoarece fiecare specie este supusă unui control multiplu din partea speciilor situate în verigile trofice superioare. În plus, nișele fiind în număr mare și adesea parțial suprapuse, dispariția unui component al rețelei este suplinită de celelalte componente și astfel ecosistemul nu este afectat în ansamblul său. Structura diversă a biocenozei impune un număr redus de indivizi fiecărei populatii. S-a constatat, de asemenea, că biocenozele care au mai multe specii polifage capătă o stabilitate mai mare decât cele care conţin în majoritate specii monofage pentru că acestea din urmă, prin inmultire excesivă, pot duce la disparitia hranei lor şi, în final, la autodistrugere [MacArthur, 1955]. Semnificația ecologică a stabilității constă în strategia biocenozelor naturale de a maximaliza intrările de energie la fiecare nivel trofic. Modalitatea prin care se realizează aceasta este diversitatea speciilor componente și, implicit, complexitatea legăturilor dintre ele. Există și un alt punct de vedere legat de mecanismele de autoreglare a ecosistemelor. Matthews (1979) este de părere că a pune semnul egalității între un sistem bogat de specii și stabilitate înaltă este incorect. El își susține afirmația prin aceea că numărul ridicat de specii înseamnă nivel ridicat de tensiune interspecifică, respectiv fragilitate mare. Stabilitatea ecosistemului crește odată cu creșterea diversității speciilor, dar nu la infinit. Există un număr critic de specii, după care urmează instabilitatea biocenozei. Existența îndelungată a unor ecosisteme foarte diversificate nu se datorează bogăției de specii ci capacității adaptative foarte ridicate a speciilor cheie din ecosistem, a posibilității lor de a exclude, prin concurență, specii care periclitează stabilitatea ecosistemului [Roberts și Tregoning, 1980]. Concluzia celui de-al doilea concept privind mecanismele de autoreglare a biocenozelor este corelația pozitivă între stabilitate și diversitatea optimă a ecosistemului. Optimă, deci, nu maximă. De aici se deduce că stabilitatea biocenozei nu este o consecință directă a biodiversității. De noțiunea de stabilitate a biocenozei sunt legate două concepte: reziliența și robustețea ecosistemului. Reziliența desemnează capacitatea biocenozei de a reconstrui structura sa după perturbări și catastrofe [Mccullough, 1970 citat de Verlag, 1986]. Robustețea se referă la 104

persistența unor ecosisteme tinere [Larsen, 1974]. Reziliența biocenozelor cu diversitate ridicată este mai lentă decât a celor cu diversitate scăzută. Stabilitatea sistemelor complexe este asigurată numai atunci când se găsesc într-un echilibru și cu mediul lor fizic [May, 1975]. De exemplu, pădurile ecuatoriale se refac foarte greu după perturbări de amploare, deoarece solul este foarte sărac. Echilibrul acestor păduri este ușor de distrus dar dificil de refăcut. Agroecosistemele sunt sisteme perturbate antropogen și sunt foarte vulnerabile. Echilibrul lor poate fi menținut numai prin intervenții agrotehnice. Deși vegetația este, de regulă, foarte puțin diversificată, ea poate suporta o faună foarte bogată. Efectul cel mai păgubitor al omului în ecosistemele agricole și nu numai constă în distrugerea descompunătorilor prin pesticide. Distrugerea acestui nivel trofic poate conduce la întreruperea ciclului local al materiei și la periclitarea resurselor minerale ale plantelor.

Partea a-II-a 105

ECOLOGIE AGRICOLĂ (AGROECOLOGIA) Capitolul 6 NOȚIUNI GENERALE PRIVIND AGROECOSISTEMELE În mod paradoxal, dintre ramurile aplicative ale științelor naturii, cele mai puțin cunoscute și popularizate sunt științele agricole, inclusiv ecologia agricolă. Puia și colab. (2001) încearcă să găsească câteva explicații ale acestei stări de fapt, dintre care vom aminti două mai importante: Marea majoritate a concetățenilor nostri, în special orășenii, consideră agricultura ca o îndeletnicire umană simplă, în care lucrările sunt realizate prin mijlocirea proceselor naturale ce decurg de la sine. Această concepție este, evident, una eronată și își are originea în perioada dezvoltării mașinismului în țările puternic industrializate (sec. XVIII-XX), când o parte din populația rurală a fost atrasă în marile aglomerări urbane. Despărțirea și îndepărtarea de natură a condus la situația în care 80% din populația marilor orașe nu știe mai nimic despre modul cum se produc alimentele pe care le consumă zilnic. La același nivel se găsesc și cunoștințele privind biologia propriului organism, cât și a celorlalte sisteme vii de care este legat omul, în mod direct sau indirect. Importanța scăzută care se acordă cunoașterii universului viu, în programele de învățământ din școlile de cultură generală. Microbiologul francez Francois Jacob, laureat al Premiului Nobel (1965), spunea că „alienarea psihică și ecologică a majorității orășenilor își are rădăcinile în condiția umană creată de ultratehnicizarea vieții urbane și de eliminarea din preocupările ei a interesului pentru structurile și funcțiile viului, a logicii viului”. Nu se pune problema de a face apologia întoarcerii la lumea patriarhală de odinioară care, practic, nu mai există. Se dorește în schimb recunoașterea rolului și a misiunii pe care o are agricultura modernă și implicit agroecologia, de asigurarea hranei pentru o populație în continuă creștere și de protejare a mediului ambiant, în același timp. Elogiile aduse agriculturii sunt pe deplin justificate dacă avem în vedere că “…șubrezirea bazei alimentare a omenirii poate conduce la prăbușirea societăților umane celor mai sofisticate, aflate în epoca informaticii și a internetului” [Puia și colab., 2001]. 6.1. Definiție, importanță și istoric Agricultura este cea mai veche formă de ecologie aplicată, chiar dacă, de-a lungul timpului, ecologia a ignorat agroecosistemele. Ecologia agricolă sau agroecologia este una dintre cele mai importante componente ale ecologiei generale pentru existența și prosperitatea omenirii. Agroecologia se încadrează în grupul ramurilor aplicative ale ecologiei și se ocupă cu multiplele relații dintre plantele cultivate și animalele domestice și mediul lor de trai. Ca disciplină ştiinţifică, ecologia agricolă a fost întemeiată de profesorul italian Girolamo Azzi, de la Universitatea din Torino. El o definea ca fiind o “ramură a ecologiei corelate cu stiinţa agricolă care are ca principal domeniu de studiu influenţa factorilor de mediu (biotici si abiotici) asupra creşterii şi productivitătii plantelor de cultură”. Din Italia, ecologia agricolă s-a răspândit rapid în țările cu agricultură avansată (Franța, Belgia, Olanda, Anglia, Statele Unite ale Americii), urmând ca prin anii 1970 să se dezvolte și în Estul Europei. O definiție mai complexă este dată de Puia și colab. (2001): „Agroecologia este acea ramură sau disciplină aplicativă a ecologiei generale care se ocupă de studiul multilateral, îndeosebi sub raport productiv, a influențelor exercitate de factorii de mediu asupra plantelor cultivate și animalelor domesticite (așa numita autoecologie agricolă), precum și cercetarea ecologică a sistemelor agricole (așa numita sinecologie agricolă)”. 106

Prima jumătate a secolului XX a adus numeroase date cu privire la productivitatea unor agroecosisteme, în funcție de suprafața cultivată și de condițiile de mediu. Alte cercetări vizau proporția în care plantele de cultură absorb și fixează în substanțe organice energia solară. Reputatul ecolog Odum susține că ecosistemul agricol este ideal pentru studierea fluxurilor de substanță (cicluri biogeochimice) și energie deoarece au o structură vegetală simplă, iar intrările și ieșirile de nutrienți și energie pot fi ușor controlate de specialiști. Ecologiei agricole îi aparţin experienţele privind dependenţa producţiei plantelor şi a animalelor de climă şi sol, influenţa lucrărilor solului, irigaţiei, tratării plantelor cu insectofungicide. Conceptele agroecologiei stau la baza lucrărilor de zonare ecologică a plantelor cultivate, în funcție de favorabilitatea condițiilor agropedoclimatice. Pentru aceasta este necesară cunoașterea climei fiecărei zone, precum și a pretențiilor pedoclimatice ale fiecărei specii. Astfel avem posibilitatea să amplasăm fiecare cultură agricolă acolo unde găsește condițiile cele mai favorabile de creștere și dezvoltare. Înființarea unei culturi într-o zonă care nu corespunde cerințelor ecologice ale speciei și crearea artificială a acestor condiții este, de regulă, neeconomică. Schimper (1953) și Odum (1959) introduc în ecologie noțiunea de optim ecologic care exprimă raportul dintre cerințele plantelor și factorii de mediu. Cunoașterea acestui nivel de referință permite delimitarea zonelor ecogeografice, de la cele mai favorabile, până la cele mai nefavorabile, unde cerințele biologice ale speciei sunt satisfăcute doar parțial sau sunt total improprii. Prin zonarea ecologică a culturilor crește eficiența valorificării resurselor climatice, orografice și edafice care pemit convertirea maximă a energiei solare și a elementelor nutritive ale solului în energia chimică a produselor agricole. Orice abatere de la optimul ecologic înseamnă cheltuieli suplimentare, consumuri mai ridicate de energie, ritm scăzut de profitabilitate [Mănescu și Ștefan, 2005]. Pe plan mondial, ecosistemele agricole au o eficiență bună în exploatare numai în zonele temperate și subtropicale de joasă altitudine, cu temperaturi medii anuale de 6-12 oC și precipitații moderate. Aceste zone ocupă circa 10% din suprafața uscatului și coincid, în linii mari, cu aria de uscat ocupată de terenurile agricole [Vântu, 2000]. România face parte din centura climatică temperată a emisferei nordice, unde există cele mai productive zone agricole, cu o mare diversitate de sisteme de cultură și de creștere a animalelor. Clima are un caracter pronunțat de continentalism în Dobrogea, Bărăgan și Moldova și mai slab pronunțat în rest. Temperatura medie anuală variază de la -3 oC la 12oC, precipitațiile medii anuale între 350 și 1499 mm, iar indicele hidrotermic între 0 și 9, ceea ce înseamnă condiții favorabile pentru foarte multe specii de cultură, în special pentru porumb. În unele zone ale țării se înregistrează fenomene climatice de risc precum: brume și înghețuri târzii de primăvară, reveniri la geruri de primăvară uneori cu ninsori, variații de temperatură între zi și noapte de până la 10-15 oC, arșițe și secete etc.. Toate aceste fenomene afectează culturile agricole și horti-viticole [Mănescu și Ștefan, 2005]. Conform Agenției Naționale pentru Consultanță Agricolă (ANCA), în România sunt delimitate șase zone favorabile diferitelor specii vegetale cultivate și animale domestice [www.consultantaagricola.ro/info_zonale.php?ojca=1] – fig. 66.

107

Fig. 66. ZONAREA PRODUCȚIEI AGRICOLE în ROMÂNIA în funcție de favorabilitatea condițiilor agropedoclimatice [Raportul Agenției Naționale de Consultanță Agricolă pe anul 2007 [www.consultantaagricola.ro/info_zonale.php?ojca=1]

ZONA 1 Localizare: sudul țării - regim irigat Județe: Mehedinți, Dolj, Olt, Teleorman, Ilfov, Giurgiu, Ialomița, Călărași, Constanța Zonă favorabilă pentru: cereale și plante tehnice Zootehnie: carne și lapte. ZONA 2 Localizare: sudul țării - zona colinară Județe: Gorj, Vâlcea, Argeș, Dâmbovița, Prahova, Buzău Zonă favorabilă pentru: zootehnie (carne) Pomicultură Legumicultură Viticultură. ZONA 3 Localizare: vestul țării - câmpii si coline Județe: Caraș Severin, Timiș, Arad, Bihor, Satu Mare Zonă favorabilă pentru: cereale, plante tehnice Zootehnie: carne Pomicultură. ZONA 4 Localizare: Transilvania - zona colinară, lunci Județe: Maramureș, Bistrița Năsăud, Sălaj, Cluj, Mureș, Harghita, Covasna, Alba, Hunedoara, Sibiu, Brasov. Zonă foarte favorabilă pentru: Zootehnie (carne, lapte) Legumicultură: cartof Pomicultură 108

Cereale. ZONA 5 Localizare: Moldova - zona de câmpie, colinară, deltă Județe: Botosani, Suceava, Iași, Neamț, Vaslui, Bacău, Vrancea, Galați, Brăila, Tulcea. Zonă favorabilă pentru: zootehnie (carne, lapte) Viticultură Legumicultură: cartof Piscicultură. ZONA 6 Localizare: zona montană Zonă favorabilă pentru: plante de nutreț (păsuni, fânețe) Pomicultură Zootehnie: carne, lapte. Lucrări masive de zonare ecologică sau raionare s-au desfășurat în România în a doua jumătate a secolului trecut. Ele au fost întocmite de colective zonale de specialiști care au evidențiat favorabilitatea ecologică pe culturi, în funcție de factorii pedoclimatici, hidrologici și orografici [Teodorescu, 1954; Constantinescu, 1955; Obrejan și colab., 1957; Andronicescu și colab., 1957; Berbecel și Văluță, 1960; Teaci, 1966; Mănescu, 1967; Năstase, 1967; Oșlobeanu, 1991]. Pentru stabilitatea producției nu este suficientă zonarea agricolă. Ea trebuie să fie urmată de microzonarea agroclimatică până la nivel de soi. Prin urmare, zonarea producției agricole prezentată în fig. 67 este una foarte generală. De exemplu, în domeniul pomiculturii, România este împărțită în 13 regiuni: cinci regiuni (cele mai favorabile) în zona subcarpatică a piemonturilor și dealurilor corespunzătoare pădurilor de fag și stejar; trei regiuni în ecosistemele din podișurile și platformele din Transilvania și Moldova; patru regiuni în ecosistemele din zona colinară și de șes; o regiune în zona inundabilă a Dunării și a Deltei. La baza delimitării acestor regiuni pomicole s-a avut în vedere gruparea lor în jurul unor mari ecosisteme naturale cu o structură geografică și climă relativ asemănătoare. Caisul (Armeniaca vulgaris Lam.), de exemplu, este o specie pretențioasă față de căldură și de aceea vom amplasa această cultură doar în zonele unde temperatura medie anuală este cuprinsă între 10-11,5 oC. Mărul, în schimb, reușește bine și în localitățile cu medii anuale de 9-10 oC. De asemenea, nu vom înființa plantații de cais acolo unde temperaturile minime absolute scad sub -20 oC, deoarece riscăm să pierdem investiția. Mărul însă, dacă s-a călit corespunzător înainte de instalarea iernii, va rezista până la -35…-36 oC. Dacă în pomicultura Bărăganului și a Dobrogei (Regiunea a XII-a pomicolă) caisul dă rezultate foarte bune, în județul Bistrița-Năsăud (Regiunea a IV-a pomicolă) nu vom întâlni plantații compacte din această specie pomicolă, din rațiunile menționate anterior. Exigențele soiurilor față de factorii de vegetație sunt, de asemenea, diferite. Astfel, la o medie anuală de 8 oC, soiurile de măr Parmen auriu și Jonathan au dat producții susținute an de an, în timp ce, soiul Starking delicious nu a avut aceeași constanță în producția de fructe. Reacția soiurilor de măr la gerurile de iarnă este foarte variată. În anii cu geruri aspre, la unele soiuri de măr (Wagener premiat, Jonathan, Gustav durabil) se înregistrează înnegrirea lemnului și degerarea scoarței pe trunchi, fără să fie afectați mugurii; la alte soiuri se constată degerarea mugurilor de rod și compromiterea producției (London Pepping, Renet de Landsberg etc.). Soiurile Crețești, Clar alb, Parmen auriu, Melba etc. au dovedit, în schimb, rezistență la temperaturi foarte scăzute [Popescu și colab., 1992]. 109

6.2. Originea și evoluția ecosistemelor agricole Ecosistemele agricole sau agroecosistemele sunt ecosisteme antropice care au apărut în urmă cu aproximativ 10.000 de ani. Această perioadă de trecere a populației umane la un nou mod de hrană s-a prelungit mai multe milenii, până cu 5.000 – 2500 ani î.Hr.. Părăsirea de către om a modului natural de procurare a hranei, prin cules și vânat, și obținerea hranei prin intermediul unor ecosisteme construite de el, au constituit cea mai importantă tranziție ecologică a speciei umane [Puia și colab., 2001]. Revoluția agricolă, realizată prin trecerea de la stadiul de culegător și vânător la cea de producător, a determinat o serie de modificări ale comportamentului uman. Pentru practicarea agriculturii a fost necesară extinderea habitatului specific uman (oikumen). Geneza agriculturii a fost legată, de asemenea, de dezvoltarea inteligenței și a sistemului de comunicare între indivizi. Perfecționarea limbajului era absolut necesară pentru transmiterea cunoștințelor la urmași. Culegătorul și vânătorul aveau un număr mult mai redus de cuvinte, iar precizarea acțiunilor se făcea, cu preponderență, la trecut și prezent [Leakey, 1995]. Cercetările lui Laitman (1990) arată că și astăzi, limbajul triburilor de vânători și culegători este foarte sărac. Lucrările agricole, în schimb, impuneau transmiterea ordonată a numeroase cunoștințe, cât și amplificarea gândirii anticipative. Agricultorul a introdus viitorul în conjugarea verbelor. El trebuia să cunoască mai exact calendarul, succesiunea anotimpurilor, influențele climatului asupra culturilor sale. Depășirea stadiului primitiv al agriculturii a fost posibil prin apariția ceramicii care oferea agricultorului posibilitatea înmagazinării produselor vegetale obținute, în special a semințelor. În vasele de ceramică semințele uscate erau ferite de umezeală, mucegaiuri, păsări și mamifere granivore [Soran și Puia, 1980]. Tehnica utilizată în producția vaselor de lut a fost adaptată la prelucrarea metalelor. Apariția metalurgiei a pus la dispoziția omenirii unelte mai eficiente pentru lucrările pământului, unelte de prelucrare a lemnului, arme de vânătoare etc..

Fig. 67.Geneza și evoluția agroecosistemelor – Spedding (1975) citat de Puia și colab. (1998)

Originile agriculturii sunt asociate cu sedentarismul. Conform tradiției, sedentarismul și domesticirea plantelor și a animalelor s-au dezvoltat împreună. Trecerea de la grupurile nomade de vânători-culegători la grupurile sedentare, agricole, a fost un proces complex și de lungă durată. În figura 67 este prezentată o schemă a genezei și evoluției agroecosistemelor după Spedding (1975) citat de Puia și colab. (1998). 110

De-a lungul timpului au apărut mai multe ipoteze cu privire la originea agriculturii, însă ele nu vor face obiectul prezentului curs. Cert este că mai trebuie făcute multe cercetări pentru a formula o teorie bine fundamentată asupra genezei agriculturii. Din păcate, preocupările cercetătorilor nu s-au orientat într-o măsură corespunzătoare asupra acestor aspecte, așa cum sublinia și celebrul naturalist francez Jean Henry FABRE: "Istoricii ridică în slăvi câmpurile de bătălie în care semenii noştri şi-au găsit moartea, dar consideră sub demnitatea lor să vorbească despre istoria câmpurilor desţelenite care ne aduc belşugul; ei cunosc numele tuturor bastarzilor regali, dar nu ne pot spune nimic despre istoria grâului. Este şi acesta un mod de manifestare a nebuniei umane.” Ecosistemele agricole au luat ființă prin desțelenirea pajiștilor și prin defrișarea pădurilor. Prin cultivare, fertilitatea naturală a terenurilor scădea, iar utilizarea agricolă înceta. Pe suprafețele respective se instalau diferite specii din flora spontană, iar pădurea și pajiștea se refăceau. Oamenii se mutau în alte zone, unde procedau la fel. Acest gen de agricultură se numește agricultură itinerantă sau nomadă. Așezările agricultorilor erau stabile. Agricultura itinerantă s-a practicat și încă se mai practică în zonele tropicale, unde mineralizarea materiei organice se desfășoară foarte rapid [Puia și Soran, 1981]. În zona temperată refacerea fertilității se făcea prin așa numită odihnă a solului, adică necultivarea lui câțiva ani de zile (pârloagă). În acest timp pe terenul respectiv se instalau buruienile care erau pășunate de animale. Fertilizarea solului se făcea prin descompunerea resturilor vegetale și prin dejecțiile animale. Crescătorii de animale practicau în acest timp transhumanța. La noi, din această categorie au făcut și fac încă parte, oierii. Aceștia au locuințe stabile, în special în zonele de munte. Toamna și iarna ei pleacă cu oile în zonele de câmpie, unde găsesc surse de hrană pentru animale, pe miriști și pe pârloage, după care revin în zonele de baștină. Ulterior refacerea fertilității solului prin odihna terenului a fost înlocuită cu ogorul negru. După 4-5 ani de cultivare a plantelor, terenul era arat, apoi menținut curat de buruieni prin lucrări la sol, ceea ce grăbea mineralizarea substanțelor organice (resturi vegetale, dejecții animale, humus) și obținerea de compuși minerali solubili, accesibili plantelor. Lucrările solului favorizau și acumularea apei în sol. Creșterea demografică a populației a condus la înlocuirea ogorului negru cu plante prășitoare. După 1960, la noi în țară s-a sistat ogorul negru ca și metodă de refacere a fertilității solului, el fiind înlocuit cu îngrășăminte chimice și organice, plante amelioratoare etc.. În ultima perioadă, în țările occidentale, cu agricultură avansată, s-a reintrodus pârloaga, datorită multiplelor sale avantaje: refacerea fertilității solului, evitarea supraproducției și a poluării prin chimizare excesivă etc. [Șchiopu și colab., 2002]. Miel (1994) afirmă că în aceste țări, agricultorii sunt obligați să lase pârloagă 15% din suprafața destinată culturilor de câmp, iar statul oferă compensații corespunzătoare pentru despăgubirea agricultorilor. Această pârloagă (fr. jachère) presupune pregătitul și semănatul terenului, urmat de cosirea repetată a culturii și a buruienilor (cositul de întreținere) și lăsarea materialului vegetal la sol. Centre de domesticire a plantelor și animalelor Au existat de-a lungul timpului, preocupări ale oamenilor de știință cu privire la centrele principale de origine a agriculturii, adică a zonelor unde au apărut primele populații producătoare de alimente, pentru care agricultura a devenit o îndeletnicire constantă. Cercetările lui Harlan (1971) conduc la ideea că domesticirea plantelor și a animalelor s-a făcut în perioade și locuri diferite. Au existat totuși trei centre majore restrânse de origine - Orientul Mijlociu (A), nordul Chinei (B) și America Centrală (C) - și trei subcentre sau zone extinse: Africa tropicală (A1), Asia de Sud-Est (B1) și America de Sud (C1). De aici, agricultura s-a extins și în alte regiuni ale lumii - fig. 68.

111

Fig. 68. Centrele principale de origine a agriculturii [Harlan (1971), modificat de Puia și colab., 1998]

Studiile privind centrele de apariție a agriculturii au fost strâns legate de cele privind centrele de origine a plantelor cultivate. Amintim câteva nume de cercetători cu preocupări în domeniu: botanistul elvețian De Condolle (1909), geneticianul rus Vavilov (1920-1940), apoi discipolul său Jukovski (1964), Harlan (1971), iar mai târziu, Cox și Atkins (1979). Ultimii citați au încercat să sistematizeze cunoștințele actuale privind originea plantelor de cultură. Conform clasificării propuse de cei doi cercetători există 12 mari regiuni din care provin principalele plante de cultură: Europa: ovăzul (Avena sativa), secara (Secale cereale), coacăzul (Ribes sp.), zmeurul (Rubus idaeus), prunul (Prunus domestica) și gutuiul (Cydonia oblonga); Regiunea mediteraneană: varză (Brassica oleracea), măslin (Olea europea), ceapă (Allium cepa), usturoi (Allium sativum), praz (Allium parrum), salată (Lactuca sativa), sfeclă (Beta vulgaris), păstârnac (Pastinaca sativa), hamei (Humulus lupulus), ridichi (Raphanus sativus), bob (Vicia faba) etc.; Orientul Apropiat: grâul (Triticum aestivum), grâul tare (Triticum dicoccum), orzul (Hordeum vulgare), lintea (Lens esculentum), mazărea (Pisum sativum), pepenele galben (Cucumis melo), macul (Papaver somniferum), morcovul (Daucus carota), smochinul (Ficus carica), cireșul (Cerasus avium), migdalul (Prunus amygdalus), caisul (Prunus armeniaca), părul (Pyrus communis), mărul (Malus pumila), vița de vie (Vitis vinifera), inul (Linum usitatissimum), nucul (Juglans regia) etc.; Regiunea Indo-Birmană: orezul (Oryza sativa), pătlăgeaua vânătă (Solanum melongena), piperul (Piperum nigrum), castravetele (Cucumis sativus), bumbacul arborescent (Gossypium arboreum) etc.; Asia de sud-est: portocalul, lămâiul, mandarinul, grepfuitul (Citrus sp.), trestia de zahăr (Saccharum officinarum), nuca de cocos (Cocos nucifera) bananierul (Musa sp.) etc.; China: soia (Glycine max), varza chinezească (Brassica chinensis), ceapa chinezească (Allium fistulosum), piersicul (Prunus persica), dudul (Morus alba), ceaiul (Thea sinensis) etc.; Africa de vest: orezul african (Oryza glaberrima), meiul african (Brachieria deflexa) etc.; Africa centrală: pepenele verde (Citrulus vulgaris), sorgul (Sorghum bicolor) etc.; Regiunea etiopiană: arborele de cafea (Caffea arabica), ricinul (Ricinus communis), bananierul african (Musa ensete) etc.; 112

America de Nord și Centrală: porumbul (Zea mays), fasolea (Phaseolus vulgaris), ardeiul (Capsicum annuum), bumbacul (Gossypium hirsutum), floarea-soarelui (Helianthus annuus), cartoful dulce (Helianthus tuberosus), bostanul (Cucurbita sp.), tomatele (Lycopersicon esculentum) etc.; Regiunea peruviană: cartoful (Solanum tuberosum), tutunul (Nicotian tabacum), bumbacul sud-american (Gossypium barbadense) etc.; Brazilia: maniocul (Manihot esculenta), arborele de cacao (Theobroma cacao), arborele de cauciuc (Hevea brasiliensis) etc.. O parte dintre aceste plante de cultură sunt reprezentate și în harta de la fig. 69. Conform acelorași autori, zonele de domesticire a principalelor specii de animale sunt: Regiunea arctică euro-asiatică - renul (Rangifer tarandus); Europa - iepurele (Oryctolagus cuniculus); Regiunea mediteraneană - gâsca (Anser anser), porumbelul (Colomba livia); Orientul Apropiat - oaia (Ovis aries), capra (Capra hircus), porcul (Sus domestica), vaca (Bos taurus), câinele (Canis familiaris), cămila (Camelus dromaderus), rața (Anas plastyrhyncha); Asia Centrală - calul (Equus caballus), cămila cu două cocoașe (Camelus bactrianus) etc.; India și Asia sud-estică bivolul (Bubalus bubalus), găina (Gallus gallus); China - fazanul (Phasianus colchicus), fluturele de mătase (Bombyx mori); Africa - asinul (Equus asinus), albina (Apis mellifera); America Centrală curcanul (Melleagris gallopavo) și America de Sud - lama (Lama glama). -

Fig. 69. Arealele de origine ale principalelor specii cultivate [Garrison Wilkes citat de Primack și colab., 2002]

Aceste regiuni adăpostesc și cea mai mare variabilitate genetică a speciilor spontane parentale, fapt ce impune măsuri deosebite de conservare a acestor rezerve de germoplasmă. Această diversitate genetică este extrem de importantă pentru obținerea de noi soiuri și rase pentru agricultură mai productive și mai rezistente la actualele schimbări climatice, la secetă, salinizare etc. [Primack și colab., 2002]. 6.3. Particularitățile ecosistemelor agricole Agricultura își sprijină precumpănitor activitatea pe selectarea din natură a diferitelor specii de plante, animale și microorganisme, creșterea lor în condiții naturale, cvasi naturale sau artificiale, în scopul măririi producției primare (plante) și secundare (animale), pentru obținerea de alimente și bunuri materiale. Noțiunea de ecosistem agricol sau agroecosistem a apărut, destul de târziu, după anul 1965. 113

În acest răstimp au fost formulate numeroase definiții ale sistemelor agricole: Tischler (1965), Odum (1971), Muller (1976), Puia și Soran (1987). Puia și Soran propun următoarea definiție: „agroecosistemul este unitatea funcțională a biosferei create de om în scopul obținerii de produse agricole și prin aceasta dependentă de el”. Deși agroecosistemele sunt similare cu ecosistemele naturale, între ele există diferențe importante din punct de vedere structural și funcțional. Ecosistemele naturale au, în primul rând, capacitate de autoreglare. Această trăsătură lipsește agroecosistemelor, mai ales celor simplificate la maximum, așa cum sunt, de exemplu, monoculturile. Absența capacității de autoreglare își găsește explicația în existența unui singur nivel trofic, cu șanse foarte reduse în competiție cu un ecosistem natural. Majoritatea agroecosistemelor sunt, așadar, fragmente de ecosisteme, iar continuitatea lor poate fi asigurată numai prin aport de energie din afara sistemului. Dacă în ecosistemele naturale singura sursă de energie este cea solară, în cele agricole omul introduce așa numita energie culturală. Scopul acestei acțiuni este creșterea productivității biologice. Cu cât agroecosistemul este mai simplificat, cu atât input-urile (energia culturală introdusă în sistem) trebuie să fie mai mari, în vederea întreținerii lui. Energia culturală, introdusă de om, este suma energiei biologice (munca omului și a animalelor) și a celei tehnologice (energia cheltuită de diverse mașini și utilaje, inclusiv cea pentru fabricarea lor, energia încorporată în îngrășăminte chimice, pesticide etc.) [Cox și Atkins, 1979 citat de Puia și colab., 1998]. Părțile componente ale unui agroecosistem sunt agrobiotopul și agrobiocenoza. Agrobiotopul este componenta abiotică, nevie, a ecosistemului agricol. Este un biotop transformat de om (fertilizări, irigații, lucrările solului etc.), în scopul satisfacerii cerințelor biologice ale plantelor de cultură sau ale animalelor domestice. Biotopul agricol al Terrei este format din totalitatea terenurilor cultivate și a pajiștilor create de om sau apărute în urma activităților sale. Acesta ocupă circa 30% din suprafața uscatului (4,5 miliarde ha), 10% revenind culturilor agricole, iar 20% pajiștilor. Terenurile acoperite de fitocenozele agricole diferă însă foarte mult de la o zonă la alta a Globului: în zona temperată 70-98%, în stepele uscate și silvostepe 50-70%, în zonele calde mediteraneene și cele subtropicale 30-60%, în savane 10-20% [Puia și colab., 1998]. Cox și Atkins (1979) citat de Vântu, (2000) apreciază că numai 7% din biotopurile terestre îndeplinesc condiții foarte bune pentru agricultură. De aici rezultă că, în momentul de față, agricultura folosește cele mai bune biotopuri, iar extinderea suprafețelor agricole se poate face doar cu investirea unor importante resurse energetice. Aceeași situație este și în România unde terenurile agricole ocupă circa 63% din suprafața țării, din care 42% terenuri agricole, iar 21% pășuni, fânețe, livezi și podgorii [Puia și colab., 1998]. Obținerea de producții tot mai mari pe terenurile agricole, prin tehnici moderne, supune solul la presiuni tot mai mari, prin creșterea eroziunii și scăderea fertilității. Agrobiocenoza este partea vie a agroecosistemului și este alcătuită din totalitatea organismelor vii. Aceste organisme sunt impuse de om, în cea mai mare parte, în funcție de scopul pe care-l urmărește. Plantele și animalele nedorite sunt eliminate de către om din agrobiocenoză, în favoarea componenților utili (plante cultivate, animale domestice). Biocenozele agricole sunt diferite față de cele naturale și prin originea speciilor ce le compun. În ecosistemele naturale, speciile sunt autohtone, specifice zonei biogeografice respective, în timp ce, biocenozele agricole sunt alcătuite, de regulă, dintr-o singură specie, străină acelei zone (alohtonă). Prin aplicarea diverselor tehnologii de cultură, biotopul agricol este similar cu cel al stadiului de pionierat dintr-o succesiune naturală, adică biodiversitate redusă, producție de substanță organică mai scăzută, lanțuri trofice scurte, număr redus de detritivore, instabilitate ridicată. Ca orice ecosistem și cel agricol are o tendință accentuată de creștere a vitezei schimbărilor înspre o stare staționară. Aceasta se realizează prin sosirea de noi coloniști, ceea ce implică o instabilitate a sistemului agricol. De aceea, agrobiocenozele sunt mai expuse invaziilor cu dăunători. Cele trei fluxuri fundamentale din ecosistemele naturale funcționează și în agroecosisteme. 114

Între cele două categorii de sisteme există însă diferențe semnificative: în ecosistemele agricole, fluxul de energie este intensificat datorită introducerii energiei combustibililor fosili, a energiei electrice și a celei nucleare, fluxul de substanță este accentuat prin utilizarea îngrășămintelor chimice și a pesticidelor, iar fluxul informațional este amplificat prin aplicarea progreselor științei și tehnicii actuale. Toate aceste intervenții antropice sporesc productivitatea sistemului, dar pe de altă parte poluează mediul. La baza constituirii biocenozelor agricole stau în principal rațiunile economice și mai puțin cele ecologice. Rezultatul constă în scindarea biocenozei în lanțuri trofice independente, cu întreruperea ciclurilor biogeochimice. Acestea trebuie menținute artificial, prin cheltuieli energetice făcute de om. Capitolul 7

CLASIFICAREA ENERGETICĂ A AGROECOSISTEMELOR Agroecologii au elaborat o serie de criterii în clasificarea diferitelor tipuri de ecosisteme agricole. Unul dintre cele mai importante criterii se referă la raportul dintre output (energie recoltată) și input (energie culturală introdusă) (fig. 70). Din acest punct de vedere distingem trei tipuri de agroecosisteme: extensive sau de intensitate scăzută, intensive și industriale sau industrializate [Puia și Soran, 1982].

Fig. 70. Intrările și ieșirile de energie din agroecosisteme [Mănescu și Ștefan, 2005]

Revoluția verde din anii ’60 ai secolului trecut a determinat o creștere vertiginoasă a producțiilor agricole însă, odată cu aceasta, a sporit și consumul de energie. La numeroase lucrări agricole, trecerea de la tracțiunea animală la tractor și alte utilaje a însemnat și o mărire a cheltuielilor energetice de 2,4 ori. Consumul de combustibil fosil din agricultură nu depășește, în ansamblul economiei unei țări, câteva procente (de exemplu în Franța este de 2-3%). Așadar, nu putem vorbi de o “foame” energetică a tehnologiilor agricole. Problema este că unele forme de energie utilizate în acest domeniu sunt foarte poluante. Pe de altă parte, spre deosebire de alte sectoare economice, producția agricolă beneficiază de surse de energie neconvenționale gratuite, creându-se astfel mari posibilități de reducere a consumului de energie neregenerabilă. În strategia dezvoltării agriculturii durabile un loc important îl ocupă conservarea energiei convenționale și creșterea randamentului energetic. Soluțiile constau în realizarea diferitelor modificări în structura ecosistemului, utilizarea pe scară tot mai largă a surselor energetice regenerabile (energia eoliană, solară, geotermică, hidraulică, derivată din biomasă etc.), practicarea tehnologiilor mai puțin 115

energofage. Creșterea demografică și necesarul tot mai mare de alimente nu ne permit să renunțăm la input-rile de energie culturală din agricultură. Acestea trebuie să fie însă moderate. De exemplu, energia introdusă de om într-o cultură de porumb modernă se ridică la 700 kg petrol la hectar și se produc circa 5.000 kg boabe/hectar, în timp ce, într-o cultură tradițională se obțin aproximativ 1.000 kg boabe de porumb pe aceeași unitate de suprafață. Conform datelor FAO, pentru fabricarea, distribuția și aplicarea unui kilogram de azot se consumă 2 kg de combustibil fosil, pentru un kg de fosfor 0,2 kg, pentru unul de potasiu 0,18 kg, iar pentru un kg de pesticid 2,2 kg de combustibil fosil. Aceeași sursă arată că irigarea unui hectar de teren necesită 100-200 kg/ha, iar un tractor consumă anual 3-4 tone de combustibil [Mănescu și Ștefan, 2005]. Conform datelor publicate de Bellarby și colab. (2008) de la Universitatea Abeerden din Olanda (www.greenpeace.org) agricultura are o contribuție de 17-32% în totalul gazelor cu efect de seră (Green Houses Gases - GHG) produse de activitate umană. Cele mai importante din aceste gaze sunt - dioxidul de carbon (CO2), metanul (CH4) și oxizii de azot (NOx). Sursele sunt atât directe cât și indirecte. Metanul provine din fermentarea excrementelor de la animalele domestice și din culturile de orez, metanul și oxizii de azot de la fermentarea gunoiului de grajd și de la arderea biomasei, oxizii de azot din oxidarea nitraților utilizați la fertilizare, dioxidul de carbon de la mașinile agricole și de la irigații, dioxidul de carbon și oxizii de azot de la fabricarea fertilizanților. La aceste cauze se adaugă defrișările masive ale pădurilor tropicale în scopul extinderii suprafețelor agricole. În ultimele decenii, cantitățile de GHG din agricultură, emise în atmosferă, au fost în continuă creștere. Spre exemplu, emisiile de CH4 și NOx au crescut la nivel global cu 17%, în perioada 1990-2005. Continuarea fertilizării cu azot în același ritm o să conducă la sporirea cu 35-60% a acestor gaze, până în anul 2030. Agricultura intensivă presupune un consum de energie directă (carburanți, electricitate) și indirectă (îngrășăminte și utilaje). De exemplu, în Franța, în anul 1972, cheltuielile energetice (convenționale) erau constituite din 49,3% carburanți și 28,7% îngrășăminte [Berca, 2001]. Compararea diferitelor culturi sau sisteme mixte de culturi și animale se face prin calculul randamentului energetic (Re) după formula: Au Re = Im În care Au = ieșiri Im = intrări Acest indicator cuprinde, pe de o parte, numărul de kilocalorii investite sub formă de motorină, semințe, îngrășăminte, pesticide, mașini, forță de muncă etc., iar pe de altă parte, numărul de kilocalorii din recolta obținută. În tabelul 5 este prezentat bilanțul energetic al culturii de porumb din Franța, în cultură neirigată (Re = 2,36). În continuare se va face o scurtă descriere a ecosistemelor agricole, după clasificarea propusă de Soran și Puia (1982), amintită la începutul prezentului subcapitol. Tabelul 5 Bilanț energetic al culturii de porumb neirigat în Franța, în 103Kcal./ha/an [Bel și colab. (1978) citat de Berca (2001)] Specificație Mașini Carburant Îngrășăminte

Consum energetic (103Kcal./ha/an) 955 955 3.055

% 11 11 35 116

Semințe Irigații Insecticide Erbicide Uscătorie Diverse (electricitate, transport) Total intrări Producție în chintale/ha 103Kcal./ha/an Randament energetic

143 0 62 62 2.579 955

2 1 1 28 11

8.766 60 20.660 2,36

100 -

7.1. Agroecosistemele extensive Agroecosistemele extensive sau de intensitate scăzută se caracterizează printr-un raport output (ieșire) – input (intrare) ridicat. În medie, acest raport este de 1:10, adică la o calorie de energie culturală introdusă în sistem se obțin circa 10 calorii sub formă de recoltă. Ecosistemele tradiționale sunt puternic antientropice, prin intermediul omului și a factorilor naturali, iar energia culturală este de natură biologică, în cea mai mare parte. În unele cazuri (sisteme tradiționale de cultivare a orezului) eficiența poate ajunge la 40-50 calorii sub formă de recoltă utilă, pentru o calorie energie culturală introdusă. Energia suplimentară investită în aceste agroecosisteme este redusă, dar producțiile care se obțin sunt, de asemenea, scăzute. Cauzele nivelului diminuat al producției constau în pierderile provocate de boli și dăunători, de agrotehnica primitivă, de soiurile mai puțin performante sub aspectul productivității etc.. În fig. 71 sunt prezentate sistemele de agricultură tradiționale: livezile și grădinile familiale, pășunile și fânețele naturale și seminaturale.

Fig. 71. Clasificarea agroecosistemelor pe categorii și tipuri în funcție de raportul energie recoltată (output)/energie culturală introdusă (input) și de raportul invers (input/output); sunt menționate și alte 117

criterii [Puia și colab., 2001]

În sistemele de agricultură tradițională există o legătură foarte strânsă între terenurile cultivate și pășune, prin intermediul animalelor domestice. Aceste animale sunt crescute pentru producerea de alimente (carne, ouă, produse lactate) și diverse materii prime (lână, piele, oase, pene etc.), producerea de îngrășăminte organice pentru terenurile cultivate și pentru utilizarea lor ca animale de tracțiune. Această legătură între culturile de plante și creșterea animalelor face posibilă recircularea completă a tuturor resurselor naturale terestre (substanțe minerale și organice, CO2, O2, apă) și regenerarea lor (sol, apă, CO2, O2). Astfel, sistemele primitive și tradiționale de agricultură pot fi incluse în circuitele de substanță și energie ale biosferei. Recircularea și regenerarea completă a resurselor, în această categorie de agroecosisteme, le conferă un înalt grad de stabilitate, numită agroclimax. Puia (1977) definește agroclimaxul ca fiind acea „stare de echilibru dintre componentele agroecosistemului, realizată prin reglarea conștientă introdusă de om în astfel de sisteme”. 7.2. Agroecosistemele intensive Valoarea aproximativă a raportului energetic (output/input) în cazul acestui tip de ecosisteme agricole este 1. Aceasta înseamnă că aportul de energie culturală (mecanizare + chimizare) este mult mai ridicat decât la agroecosistemele tradiționale, dar și producția este de 3-6 ori mai mare. Creșterea producției se datorează și altor factori: folosirea de soiuri moderne, ameliorate, îmbunătățiri funciare, irigații etc.. Producerea de alimente în agroecosistemele intensive este posibilă atâta timp cât resursele de energie tehnologică sunt disponibile și relativ ieftine. Creșterea exagerată a prețului la combustibilii fosili va atrage după sine scumpirea produselor agricole în așa fel încât practicarea agriculturii în astfel de sisteme să devină nerentabilă. Spre deosebire de agroecosistemele extensive, în cele intensive se produce, de multe ori, o disjuncție între terenurile cultivate și pășune. Această separare artificială între cele două compartimente este impusă de producțiile mari obținute, de specializarea foarte îngustă a producătorilor, de consumurile sporite de energie culturală. Reciclarea naturală a elementelor se realizează doar parțial, ea fiind suplinită prin îngrășăminte chimice. Ecosistemele intensive au o entropie naturală ridicată însă prin energia culturală introdusă din exterior sunt antientropice [Mănescu și Ștefan, 2005]. În această categorie a sistemelor agricole intensive intră fermele care practică tehnologii complet mecanizate şi chimizate, plantaţiile pomicole, podgoriile intensive etc.. Utilizarea pe scară largă a chimicalelor în aceste agroecosisteme determină un grad de poluare ridicat. 7.3. Agroecosisteme industrializate În astfel de agroecosisteme se produc, în ultimele decenii, cantități însemnate de produse alimentare. Raportul energetic ieșire-intrare este sub 1, pentru obținerea unei calorii sub formă de aliment cheltuindu-se 2-20 calorii energie culturală [Vântu, 2002]. Ecosistemele industrializate sau industriale sunt profilate pe cultivarea sau creșterea unei singure specii, în condiții controlate: complexe industriale pentru creșterea păsărilor, suinelor, bovinelor, acvacultură, sere de legume și flori. Structura şi productivitatea ecosistemelor agricole industrializate sunt total dependente de resursele energetice de care dispune omenirea. Șansa de supraviețuire a acestor ecosisteme este corelată cu prețurile combustibililor convenționali, utilizați masiv în obținerea produsului finit. O provocare pentru cei care practică acest tip de agricultură este trecerea de la energia nucleară și cea bazată pe arderea combustibililor fosili (țiței, cărbune, gaze naturale) la cea regenerabilă. Din punct de vedere ecologic, agroecosistemele industriale, pot fi comparate cu ecosistemele naturale heterotrofe (abisurile oceanelor, peșterile, apele freatice). Existența ambelor 118

tipuri de ecosisteme depinde de schimbul de energie cu alte ecosisteme, iar nivelul producătorilor primari lipsește (excepție fac serele) [Puia și colab., 2005]. Acțiunea factorilor externi în agroecosistemele industriale este strict controlată antropic. Ele sunt foarte dependente de continuitatea fluxului de resurse minerale, organice și energetice și la cea mai mică dereglare a aprovizionării, starea de agroclimax poate fi anulată. Ecosistemele industrializate, superintensive, sunt foarte poluante. Ramade (1981) își exprimă chiar îngrijorarea pentru faptul că principala materie primă pentru agricultura mondială nu mai este solul, ci petrolul și derivatele sale. Diminuarea resurselor clasice de energie s-ar putea să pună în pericol menținerea producției alimentare la nivelul cerut de creșterea demografică. Eforturile cercetătorilor trebuie concentrate în direcția găsirii de soluții pentru asigurarea fertilității din surse mai puțin energofage (îngrășăminte organice și diverse îngrășăminte minerale, creșterea activității bacteriilor fixatoare de azot) și prin aclimatizarea de noi specii vegetale care să asigure un randament superior al conversiei fotosintetice. Berca (2001) reamintește că energia solară este fixată în medie în proporție de 1%, iar dublarea ei ar conduce la dublarea biomasei pe Terra. Produsele agricole înglobează circa 95% energie cosmică și doar 5% energie convențională. Aceasta înseamnă că numai cele 5 procente se facturează și creează deci probleme agriculturii mondiale și implicit celei românești. Soluția producerii de alimente pentru viitor constă, probabil, în menținerea diversității agroecosistemelor, în funcție de particularitățile ecologice, economice, demografice, culturale și sociale ale fiecărei zone și ale fiecărei țări. Funcționarea lor trebuie să aibă însă în vedere conservarea energiei, impactul ambiental minim și alimentația sănătoasă a populației umane. Capitolul 8

ECOSISTEMELE AGRICOLE ȘI ALIMENTAȚIA OMENIRII În condițiile creșterii demografice ale Terrei, problema asigurării hranei devine un subiect de importanță majoră pentru viitorul omenirii. Dacă astăzi, populația planetei numără circa 6,2 miliarde de oameni, în anul 2020 se prognozează o creștere de până la 8 miliarde. Experții apreciază că necesarul global de hrană în următorii 25 de ani va fi mai mare cu 64% decât cel actual. Astfel, agricultura acestui secol va trebui să rezolve necesarul de alimente în condițiile exploatării raționale a resurselor, ceea ce nu s-a făcut de la apariția Revoluției verzi încoace. În ultimele decenii ale secolului XX, agricultura a înregistrat succese incontestabile în domeniul producerii de alimente. Dovada cea mai clară a acestor realizări constă în reducerea proporției oamenilor care suferă de foame cronică. Astfel, în anul 1969 o treime din populația Globului se afla în această situație, pe când în anul 1996 mai puțin de o cincime. Aceste creșteri impresionante de producție s-au datorat atât cultivării de noi soiuri, cât și utilizării îngrășămintelor, pesticidelor, irigațiilor etc.. Prețul acestor producții agricole record se regăsește, din păcate, și în supraexploatarea resurselor naturale. Suprafețele agricole erodate sunt tot mai mari, rezervele de apă continentală tot mai reduse, iar pământul dă semne tot mai clare de oboseală. S-a constat că, la nivel global, circa 38% din totalul terenurilor agricole sunt depreciate (eroziune, sărăturare, compactare, deșertificare, poluare cu îngrășăminte și pesticide) ca urmare a administrării incorecte a lor. Așadar, este în suferință la scară planetară tocmai solul, fundamentul de bază al agriculturii. În mod natural, solul se reface anual în cantitate de circa o tonă la hectar. Datele ONU arată că pierderile de sol prin eroziune înseamnă 5-10 tone la hectar în Africa, Europa și Australia, 10-20 tone la hectar pe continetul american, iar în Asia până la 30 de tone la hectar. În felul acesta, în numai câteva decenii, activitățile umane au distrus un patrimoniu natural câștigat în mii de ani. Conform datelor ONU, aproximativ un sfert din pământurile agricole ale Terrei intră în categoria terenurilor puternic și moderat degradate. Terenurile “puternic degradate” sunt cele care și-au redus în mare parte funcțiile biotice esențiale, iar cele “moderat degradate” au producții 119

scăzute. În anul 1990, producțiile pe terenurile degradate au fost în medie cu 17% mai mici decât cele obținute pe pământurile neafectate. Aceasta este o piedică serioasă în creșterea cu 64% a producției agricole în următorii 25 de ani. Evoluția creșterii recoltelor de cereale în ultima jumătate de veac vine să confirme această temere. Dacă în perioada 1950-1984, recoltele de cereale au crescut cu 2,3% anual, între anii 1980-1984 cu 1,8%, în perioada 1990-1994 ritmul anual de creștere s-a situat în jurul valorii de 0,5%. Evoluția producției de cereale este un barometru util al securității alimentare mondiale, dacă avem în vedere că cerealele reprezintă, direct sau indirect, peste 50% din necesarul zilnic de calorii al unui om. Deși noutățile tehnologice continuă să apară, niciuna nu poate asigura salturi mari în producția mondială de alimente. De exemplu, în Japonia producția de orez de 4,7 tone la hectar nu a mai fost depășită din anul 1984. Așadar, creșterile spectaculoase de producție din anii ’70 – ’80, care dădeau impresia rezolvării pe termen foarte lung a alimentației globale, nu mai are suport în realitate. În mod plastic se spune că “deși conducta nu a secat încă, torentul s-a transformat în pârâu“ [Vântu, 2000]. Câteva decenii la rând, prin fertilizările masive cu azot, fosfor și potasiu s-a reușit compensarea pierderilor de substanțe nutritive suferite de sol. În ultima perioadă s-a constatat că îngrășămintele minerale nu mai pot acoperi degradarea tot mai avansată a solurilor. Acești fertilizanți chimici nu pot asigura un echilibru între elementele esențiale ale solului: materie organică, microorganisme, insecte, apă, macro- și microelemente etc.. Excesul de azot și fosfor a condus la dereglări puternice în circuitul global al celor două elemente nutritive vegetale majore. Cantitățile mari de fertilizanți cu azot au condus la o dezvoltare diferențiată a speciilor, în funcție de capacitatea lor de asimilare a acestui element de bază, deci la tulburări în viața ecosistemelor. Aceeași utilizare nesăbuită a determinat schimbarea acidității solului și a conținutului său în materie organică. Fosforul și azotul spălat din terenurile agricole erodate ajung în apă, unde provoacă dezvoltarea excesivă a algelor și asfixia peștilor. Această evoluție îngrijorătoare a stării de sănătate a terenurilor agricole a determinat factorii responsabili din unele zone ale lumii să ia măsuri de reabilitare a lor. Conservarea terenurilor prin necultivare sau prin recolte de acoperire (culturi intermediare între recolta anterioară și cea următoare) se face în tot mai multe țări cu agricultură avansată. Pentru terenurile în stare incipientă de eroziune s-a luat măsura scoaterii temporare din circuitul agricol. În Statele Unite, astfel de acțiuni au luat amploare în anul 1989. În anul 1996, această tehnică ocupa o treime din suprafața cultivată a țării. Evaluările făcute în perioada 1982-1992 în SUA au arătat că măsurile luate au redus cu 25% ritmul de eroziune a solurilor. O altă soluție recomandată de tot mai mulți specialiști constă în extinderea culturilor de leguminoase. Avantajele acestora se regăsesc în conținutul ridicat de proteină și în îmbogățirea terenului în azot. Datele furnizate de Obaton și Bardin (1981) vin să confirme justețea acestei soluții: un hectar de leguminoase furajere poate furniza trei tone de proteină animalului consumator; cantitatea de proteină obținută pe un hectar de leguminoase boabe poate ajunge până la o tonă pe hectar; un hectar de culturi leguminoase îmbogățește solul cu 50-100 kg în cazul soiei, respectiv 60-80 kg în cazul lucernei. Creșterea populației globului determină un alt pericol pentru asigurarea securității alimentare pe termen lung și anume ultraurbanizarea care împinge orașele către zonele limitrofe. Populația tot mai numeroasă va însemna acutizarea problemei locuințelor, a locurilor de muncă, transportului, zonelor de recreere etc., toate acestea reclamând terenuri. Foarte grav este faptul că adesea, urbanizarea cere cele mai bune terenuri agricole. Istoric vorbind, orașele au fost amplasate în jurul celor mai fertile terenuri agricole. Extinderea fără precedent a zonelor urbane a condus la scoaterea din circuitul agricol a celor mai bune terenuri. De exemplu, în Statele Unite, cele mai fertile terenuri se găsesc în proporție de 27% în jurul celor mai urbanizate centre și numai 18% în zonele rurale. Java pierde anual pentru urbanizare 20.000 hectare teren agricol, suficiente pentru a a sigura o producție de orez pentru circa 378.000 de indonezieni [Lester și colab., 1996]. Întrucât hrana umanității este asigurată din biomasa Terrei, se impune cunoașterea câtorva 120

parametri ai acesteia. Producția primară netă a globului se ridică la 18,2 x 1010 t/an substanță uscată, din care jumătate se regăsește în mediul continental, iar cealaltă jumătate în oceane. În anul 1970, producția agricolă reprezenta 9,3% din producția primară terestră, dar din aceasta numai 12% era recoltată și consumată de om. Studiile lui Barbault (1995) arată că alimentele de proveniență vegetală și animală consumate de om reprezintă 0,7% din producția netă a globului. Cifra de mai sus ar putea da impresia că potențialul biosferei este nelimitat. Acest mod de abordare este însă eronat, dacă avem în vedere faptul că nevoile alimentare ale omului nu se exprimă numai prin cantitate de energie, ci și prin calitate. Astfel, din această cantitate imensă de producție primară globală netă, doar o mică parte este utilizabilă de către om sub formă de hrană. Conform normelor FAO și OMS, aportul energetic minim prin alimente este de 2.200 calorii pentru femei, respectiv 2.800 calorii pentru bărbați. Aceste nevoi se referă la adulți. De menționat faptul că pentru o nutriție echilibrată, hrana de origine animală trebuie să conțină cantități suficiente de aminoacizi esențiali. Există însă și plante leguminoase bogate în proteine și cu un spectru larg de aminoacizi, care pot înlocui parțial consumul de produse animaliere [Berca, 2000]. Pentru a avea o imagine asupra conținutului de calorii a alimentelor voi enumera câteva: un litru de lapte de vacă integral – 650 calorii; un kg telemea de vacă – 3.730 calorii; crap – 1.040 calorii; conservă de pește (crap în sos tomat) – 1.250 calorii; un kg ou integral – 1.740 calorii; un kg carne de vacă semigrasă – 1.340 calorii; un kg. carne de porc semigrasă - 2.950 calorii; un kg carne de miel – 2.600 calorii; un kg carne de oaie – 1.310 calorii; un kg carne de găină – 1.420 calorii; un kg carne de iepure - 1.000 calorii; un kg de parizer sau polonez – 2.950 calorii; salam de Sibiu – 5.790 calorii; un kg de ardei gras roșu – 390 calorii; un kg. de castraveți – 130 calorii; un kg de cartofi noi – 800 calorii; ceapă verde – 200 calorii; un kg de morcovi – 400 calorii; un kg de salată verde – 150 calorii; un kg de varză – 250 calorii etc. [www.greutatea.ro/Tabel Calorii Alimente.php]. Conform datelor furnizate de Worldwatch Institute din Statele Unite (1996), o modalitate de creștere a eficienței utilizării hranei ar fi reducerea consumului de carne în general, respectiv a cărnii de vită în special. Din producția mondială de cereale, 38% este alocată pentru hrănirea animalelor. Pentru obținerea unui kg de carne de vită se consumă 7 kg de cereale, sau 80 de kilograme de iarbă verde, iar pentru un kg de carne de porc se consumă 4 kilograme de cereale. Un kilogram de carne de pasăre sau de pește se obține prin consumul a două kilograme de cereale. Modificările aduse în circuitul alimentar în sensul menționat mai sus, ar putea disponibiliza cantități imense de cereale pentru hrana altor oameni. Câștigul ar fi dublu: menținerea sănătății consumatorilor din unele țări și scăderea numărului de oameni care suferă de inaniție. 40% din aportul energetic al regimului alimentar american sau francez provine din grăsimi, în timp ce, procentul recomandat este de 30%. Dacă americanii și-ar reduce consumul de cereale la jumătate, adică la cel al italienilor, s-ar economisi 105 milioane tone de cereale, suficiente pentru hrana a 2/3 din populația Indiei pe un an de zile. Consumul de cereale diferă foarte mult de la o țară la alta. În tabelul 6 este prezentată situația acestui consum pe cap de locuitor în 15 țări ale lumii. Nerealizarea necesarului de energie în regimul alimentar se numește subnutriție, iar absența unuia sau a mai multor compuși indispensabili determină starea de malnutriție. Atunci când sunt depășite necesitățile de calorii apare starea de supranutriție. Omul poate fi pe rând sau concomitent consumator primar (consumă alimente de origine vegetală), consumator secundar (consumă erbivore) și consumator terțiar (consumă alimente provenite de la răpitoare). Omul poate modifica lanțurile și rețelele trofice în sensul satisfacerii nevoilor sale. Producerea alimentelor este strict legată de o suprafață de teren uscat sau submers, pe care plantele verzi fixează energia solară prin fotosinteză. Suprafaţa ocupată de ecosistemele agricole şi cele naturale, de unde omul îşi procură hrana zilnică, reprezintă suprafaţa de nutriţie. Prin raportarea acestei suprafețe la efectivul populației obținem suprafața de nutriție a unei persoane. Aici sunt incluse şi mările, oceanele şi pădurile, unde se practică pescuitul şi vânătoarea. 121

Suprafața agricolă mondială este de 4,56 miliarde de hectare, ceea ce reprezintă 34,9% din suprafața uscatului. Conform datelor FAO, în anul 1981, suprafața agricolă medie per individ era de 0,323 hectare, cu diferențieri mari între continente (Asia – 0,18 ha, Australia – 3,01 ha). În ţara noastră suprafaţa agricolă este de circa 14,8 milioane de hectare (62% din suprafaţa totală) din care 9,4 milioane hectare de teren arabil (63%). De aici rezultă că suprafaţa cultivată ce revine unui locuitor este de 0,41 ha, iar cea agricolă de 0,64 ha, valori superioare mediei mondiale [Vântu, 2000]. Tabelul 6 Consumul de cereale pe cap de locuitor în diverse țări, în anul 1990 [Worldwatch Institute – Probleme globale ale omenirii, 1994] Țara Canada Statele Unite Uniunea Sovietică (CSI) Australia Franța

Consumul de cereale pe locuitor (kg) 974 860 843 503 465

Turcia Mexic Japonia China Brazilia

419 309 297 292 277

India Bangladesh Kenya Tanzania Haiti

186 176 145 145 100

Media mondială

323

Situația actuală și de perspectivă a asigurării hranei omenirii se dezbate tot mai intens atât la nivelul Organizației Națiunilor Unite cât și al altor organizații mondiale. După creșterea constantă a producției timp de patru decenii (1950-1990), ca urmare a sporirii cantităților de îngrășăminte de 10 ori, a început declinul. Lumea a început să intre într-o nouă eră, cea a nesiguranței asigurării hranei pentru iminenta creștere masivă a populației. Soluțiile gândite de organismele internaționale abilitate și de oamenii de știință vor fi prezentate în următorul capitol al cursului nostru Ecologie umană.

Capitolul 9 SISTEME DE AGRICULTURĂ Literatura de specialitate oferă numeroase clasificări ale sistemelor de agricultură. Dacă încercăm însă o simplificare a acestora, vom constata că principalele categorii de agroecosisteme existente în momentul de față în agricultura mondială, pot fi înglobate în două mari categorii: tradiționale și moderne. Agroecosistemele din cea de-a doua categorie au apărut odată cu trecerea la utilizarea pe scară largă a mecanizării și chimizării agriculturii, din anii ’60 ai secolului trecut. Este așa numita agricultură industrială sau industrializată. Multiplele dezavantaje ale acestui tip de agricultură au determinat apariția agriculturii durabile care includ două sisteme de agricultură: 122

integrate și ecologice (biologice, organice). tradiționale industriale

SISTEME DE AGRICULTURĂ

moderne

integrate durabile ecologice (biologice, organice)

Fig. 72. Clasificarea simplificată a principalelor sisteme de agricultură

Clasificarea sistemelor de agricultură prezentată în acest curs (fig. 72) elimină erorile din unele manuale de ecologie, apărute în ultimii ani la noi în țară. Cauza principală a acestor greșeli constă în ignorarea legislației apărute la nivel național în ultimul deceniu, în special cea care privește agricultura ecologică. Astfel, în aceste sisteme de agricultură este permisă utilizarea frecventă a pesticidelor organice de sinteză, ceea ce contravine flagrant actelor normative valabile pentru acest domeniu de activitate. Apar în felul acesta o serie de confuzii între diferitele sisteme de agricultură, între trăsăturile definitorii ale acestora. 9.1. Sisteme de agricultură tradiţională Agricultura tradițională sau de subzistență, cum mai este numită, a apărut în antichitate, odată cu utilizarea uneltelor din ce în ce mai perfecționate și prin folosirea animalelor domestice în muncile agricole; așadar, introducerea unei forțe suplimentare, pe lângă cea umană, care a permis creșterea productivității agroecosistemelor. Sistemele agricole tradiționale, apărute în zona temperată, au dăinuit 4-5 milenii, până la apariția revoluției industriale. În scopul creșterii eficienței cultivării, aceste sisteme au fost îmbunătățite permanent, prin: extinderea terenurilor agricole, în detrimentul celor naturale; introducerea rotației agricole, iar mai târziu a asolamentului; obținerea prin selecție empirică și utilizarea soiurilor de plante și a raselor de animale mai productive; introducerea muncii animalelor în agricultură; folosirea de unelte agricole metalice sau cu părți metalice; utilizarea dejecțiilor animale pentru fertilizarea terenurilor agricole. Această legătură foarte strânsă între plantele de cultură și animale apropie agroecosistemele tradiționale de ecosistemele naturale. Regăsim aici toate componentele piramidelor eltoniene: producătorii primari (plante cultivate), consumatorii primari (erbivorele domestice și omul), consumatori secundari (omul consumator de produse animaliere) și destructorii prezenți în sol, în marea lor majoritate [Puia și colab., 2001]. În agricultura tradițională există o permanentă reciclare a substanțelor, iar procesele de producție agricolă se integrează foarte bine în circuitele biogeochimice globale. De aceea, se poate afirma că, sistemele tradiționale de agricultură au un pronunțat caracter ecologic, acestea fiind cele mai apropiate de cursul neîntrerupt al proceselor naturale. Din punctul de vedere al raportului inputuri/outputuri energetice aceste sisteme pot fi incluse în categoria celor extensive sau de intensitate redusă. Prin cultura plantelor în sistem tradițional, omul poate obține în medie 150 kcal/an/m2 [Vântu, 2000]. Suprafață (arabilă) de alimentare a unui om adult pentru un an de zile este în medie de un hectar. În aceste sisteme agricole, omul a reușit eliminarea controlului carnivorelor mari asupra erbivorelor domestice însă nu a reușit să stăpânească epidemiile și atacurile dăunătorilor fitofagi. Agricultura tradițională sau familială se mai practică încă în multe țări ale lumii, ea fiind 123

specifică țărilor subdezvoltate sau sărace. Acest tip de agricultură este din nou practicat și în România, pe suprafețe destul de mari. În ultimele decenii ale secolului trecut, în aceste sisteme agricole a fost introdusă “mica mecanizare” și pesticidele. Este așa numita agricultură țărănească, eco-biologică [Vlăduț și Popescu, 2001]. 9.2. Sisteme de agricultură modernă Așa cum s-a menționat deja la începutul prezentului capitol, agricultura modernă include atât sistemele de cultură industriale cât și cele durabile. 9.2.1. Sisteme de agricultură industrializată Trecerea de la sistemele tradiționale la cele moderne de agricultură a fost posibilă odată cu revoluția industrială, tehnică și științifică din a doua jumătate a secolului XX. Utilizarea combustibililor fosili pe scară largă, mecanizarea și chimizarea au determinat creşteri substanţiale ale producţiilor agricole, dar şi efecte negative asupra mediului. Agricultura industrială înseamnă artificializarea sistemelor agricole, înseamnă înlocuirea proceselor biologice, specifice ecosistemelor naturale, cu procese nebiologice, bazate pe energie convențională, în special tehnologică. Astfel, în ecosistemele industriale, îngrășămintele cu azot înlocuiesc fixarea naturală a azotului, cu ajutorul plantelor fixatoare de azot; pășunatul este înlocuit cu hrănirea animalelor în crescătorii; mașinile înlocuiesc munca manuală și animală la executarea lucrărilor agricole; în sistemele agricole industrializate atacul paraziților este limitat cu ajutorul pesticidelor, spre deosebire cele naturale care se bazează pe relația interspecifică pradă-prădător și pradă-parazit [Puia și colab., 1998]. În aceste sisteme agricole industriale, recoltele medii sunt de circa 2.300 kcal/an/m2, iar suprafaţa arabilă de alimentaţie pentru un adult se reduce la 0,4 hectare. Din punctul de vedere al aportului energetic, sisteme agricole industriale se încadrează în categoria agroecosistemelor intensive și industrializate. Acest sistem de agricultură este unul de mare randament și se practică în câmp deschis, în livezi, în vii, în sere pentru legume și flori, în complexe industriale de creștere a animalelor. Avantajele acestor ecosisteme agricole sunt multiple: creșterea producției agricole, diversificarea produselor alimentare și asigurarea de alimente proaspete în tot timpul anului, eliberarea forței de muncă rurale și migrarea spre mediul urban. Agricultura industrială, prin consumul impresionant de pesticide, îngrășăminte și combustibil are o multitudine de deficite ecologice, cum sunt denumite de Puia și colab. (2002): Poluarea cauzată de pesticide și îngrășăminte chimice. Prin aplicarea repetată a unor erbicide este influențată compoziția floristică a agroecosistemului. Există unele specii vegetale care prezintă toleranță față de anumite erbicide; acestea se multiplică și se extind pe seama buruienilor distruse prin erbicidare. Numeroase experiențe arată că folosirea repetată a unui erbicid nu face decât să schimbe compoziția floristică a buruienilor nu să le elimine [Prică și colab., 1980; Tămaș și colab., 1980]. Este cunoscut faptul că, populația microbiană a solului este alcătuită din numeroase grupe de microorganisme, fiecare având rolul său ecologic. Pesticidele ajunse în sol exercită o acțiune selectivă asupra acestora: microorganismele sensibile dispar, iar cele rezistente proliferează. Se instalează astfel, un echilibru biologic complet diferit față de cel inițial, cu consecințe grave asupra circuitului carbonului și al altor substanțe în ecosistem. La aprecierea impactului produs de pesticide asupra microflorei solului trebuie avuți în vedere și ingredienții folosiți la fabricarea lor. În ciuda faptului că aceștia sunt considerați inerți, inofensivi, măresc agresivitatea pesticidelor asupra microflorei din sol și permit levigarea pe profilul solului, afectând și microorganismele din adâncime. Așa sunt, de exemplu, detergenții care însoțesc adesea substanțele active ale diferitelor pesticide. Entomofauna utilă, cu rol în limitarea dăunătorilor fitofagi dar și în descompunerea 124

detritusului, este de asemenea afectată de pesticide, îndeosebi de insecticide. Pesticidele produc serioase perturbări ale echilibrelor ecologice, prin fluctuațiile apărute în diferitele populații, înmulțirea neprevăzută a unor specii, dispariția unui mare număr de organisme nețintă (paraziți și prădători naturali). Sunt experiențe care arată că tratamentul făcut împotriva cărăbușului de mai (M. melolontha) a provocat distrugerea a 45% diptere, 25% himenoptere și 14% coleoptere. Albinele și păsările plătesc și ele un tribut tratamentelor chimice din agricultură, prin intoxicare cu pesticide și moartea lor [Ionescu, 1982]. Multe pesticide aplicate nu ajung să-și facă efectul deoarece nu ajung pe suprafața utilă. Numai jumătate din cantitatea de pesticide pulverizată din avion ajunge pe suprafața destinată [Pretty, 1995]. Excesul de azotați și fosfați de pe terenurile agricole conduc la îmbogățirea apelor în nutrienți, proces numit eutrofizare. Calitatea produselor alimentare și a apei potabile. Pesticidele sunt absorbite în diferite proporții de către plante, de unde ajung în alimentele oamenilor și ale animalelor. Utilizarea intensă a chimicalelor și a apei de irigație dau alimentelor un gust fad, ierbos, nespecific. În cazul animalelor, hormonii și antibioticele trec în carne sau în produsele animaliere. La acestea se adaugă aditivii alimentari (coloranți sintetici, conservanți, condimente etc.) folosiți în industria alimentară. Aspectul comercial al produselor este, indiscutabil, unul foarte atrăgător dar în detrimentul calității. Un studiu efectuat în SUA, în anul 1995, arată că, din 29 de orașe luate în studiu, în 28 de orașe a fost semnalată prezența erbicidelor, iar în jumătate dintre acestea valorile admise erau depășite. Comisia Mondială de Sănătate apreciază că aproximativ un milion de oameni sunt intoxicați anual cu erbicide. În anii ’80, circa 80% dintre decesele provocate de pesticide erau localizate în țările în curs de dezvoltare care foloseau doar 20% din totalul pesticidelor. Cei mai afectați sunt fermierii și lucrătorii din agricultură implicați în activitatea de protecția plantelor. În anul 1993, în China, datorită utilizării de pesticide nebrevetate, circa 10.000 de fermieri au murit prin otrăvire cu pesticide [Johnson, 1995]. Epuizarea fertilității solului și eroziunea solului (vezi capitolul 9). Restrângerea biodiversității. Este afectată biodiversitatea interspecifică, prin extinderea suprafețelor agricole și prin reducerea numărului de specii cultivate. De-a lungul istoriei omenirii au fost utilizate circa 10.000 de specii de plante pentru producere de alimente. Astăzi, 90% din necesarul de hrană al omenirii este asigurat doar de 120 de specii agricole. Prin aplicarea necorespunzătoare a pesticidelor au fost distruse numeroase specii de microorganisme, insecte utile și diverse viețuitoare. Au supraviețuit și s-au înmulțit doar cele care au dobândit rezistență la produsele aplicate. Diversitatea genetică, intraspecifică, a fost, de asemenea, redusă. Foarte multe soiuri tradiționale și varietăți locale au dispărut din cultură, în favoarea câtorva soiuri moderne cu productivitate și uniformitate mare. Aceste măsuri au condus la creșterea vulnerabilității culturilor agricole, la factorii de stres biotici și abiotici. - Multiplicarea numărului de boli şi dăunători prin practicarea monoculturii şi scăderea rezistenţei fiziologice naturale a plantelor şi animalelor, ca urmare a folosirii abundente a substanţelor chimice. La animalele crescute în sistem intensiv au apărut epidemii şi chiar pandemii, cum ar fi salmoneloza si tuberculoza aviară, apariţia canibalismului, precum şi creşterea extremă a agresivităţii. Se poate remarca apariţia unor noi virusuri şi bacterii datorită hranei nenaturale (pulberi din oase şi din resturi de carne provenite de la animale moarte de diferite boli, în completarea cu proteină a furajelor). Un astfel de virus este cel care produce boala vacilor nebune (encefalopatie spongiformă bovină - ESB) care a apărut în Anglia, în anul 1985. Acest mod de hrănire artificial și nesănătos a început să fie folosit încă din anii 1930 și a devenit o regulă în fermele zootehnice din întreaga lume. Deși la început rapoartele oficiale britanice negau faptul că ESB se poate transmite la om, în 1996, s-a recunoscut oficial că sunt victime umane ale unei boli cerebrale noi, legată de boala vacii nebune. ESB face parte dintr-o familie de boli degenerative ale creierului care afectează omul și unele animale domestice și sălbatice. Se poate transmite la om prin consumul cărnii de la animalele bolnave sau prin mușcăturile animalelor de companie care au consumat astfel de carne. Perioada de incubație 125

(infecție - apariție simptome) este foarte lungă, de luni sau ani. Datorită acestei perioade lungi de așteptare, singura măsură la depistarea unui animal bolnav este sacrificarea și incinerarea tuturor vitelor din cireadă, din care acesta face parte. Deja au fost sacrificate milioane de vite, cu costuri uriașe. Nu există niciun tratament care să vindece aceste boli, evoluția lor conducând întotdeauna la deces. Specialiștii prognozează că, dată fiind perioada lungă de incubație și multele necunoscute legate de această boală, s-ar putea ca în viitor să apară numeroase cazuri de îmbolnăvire cu ESB [http://www.sanatate. org/boli/bse_esential.html]. - Apariția de rase rezistente la boli și dăunători. În sistemele de agricultură industrială, fermierii urmăresc eradicarea paraziților vegetali, prin metode directe de combatere, producând astfel dereglarea ecosistemului. Astăzi, se cunoaște faptul că distrugerea exagerată a bolilor și dăunătorilor are efecte contraproductive, prin apariția formelor rezistente. Vânzările de pesticide au atins în 1994 cifra record de 25 de miliarde de dolari în țările industrializate, ceea ce reprezintă 80% din totalul vânzărilor de pesticide. Apariția raselor rezistente la boli și dăunători înseamnă creșterea dozelor de pesticid și apariția de molecule noi, pentru fabricarea altor produse fitofarmaceutice. Brown și colab. (1995) afirmă că, în unele zone ale Asiei, fermierii folosesc în mod frecvent doze de pesticide de opt ori mai mari decât cele recomandate, pentru a obține efectele scontate. Numărul speciilor rezistente la pesticide a crescut de la 182 în anul 1965, la circa 900, în anul 2000. Studiile arată că, în SUA, proporția recoltelor distruse de insecte, în anul 1945, era de 7%. După 44 de ani (1989), deși se foloseau de 10 ori mai multe pesticide, recoltele distruse aproape s-au dublat, ajungând la circa 13% din producția agricolă [Pimentel și colab., 1992]. Același fenomen s-a înregistrat cu țânțarul anofel, vector la malariei. În anii ’60 incidența malariei s-a redus de la mai multe milioane de cazuri la numai 40.000. Astăzi, numărul bolnavilor de malarie înregistrează 59 de milioane de cazuri, iar numărul anual al deceselor este de 2 milioane, numai în India, datorită rezistenței țânțarului la insecticide [Farah, 1993]. Un alt exemplu este cel al lăcustei brune a orezului din Indonezia. Utilizarea nesăbuită a pesticidelor a condus la distrugerea paraziților și prădătorilor naturali ai dăunătorului și la înmulțirea exagerată a sa. Pagubele produse de lăcustă s-au ridicat în numai doi ani la 1,5 miliarde de dolari, ceea ce a determinat guvernul indonezian să retragă subvențiile pentru pesticide, cu recomandarea pentru fermieri de a găsi alte modalități de combatere a parazitului. - Etologia animalelor (ramură a zoologiei care studiază modul de viaţă a animalelor sub aspectul obiceiurilor legate de hrănire, reproducere, depunerea ouălor etc.). În complexele industriale de creștere a animalelor, unele verigi ale lanţurilor trofice naturale sunt izolate şi hipertrofiate. Animalele sunt scoase din sistemul constituit prin evoluția biologică şi ecologică sol-plantă-animal, care constituie nucleul agroecosistemului. În fermele zootehnice, sterilitatea animalelor crește datorită stresului. Experiențele făcute cu porci crescuţi în sistem intensiv, apoi lăsați în libertate, au arătat o creștere extremă a agresivității. În timp, toţi s-au imbolnăvit și au murit de diferite boli infecţioase şi degenerative, cu preponderenţă cancer. La control, s-a constatat degenerarea sistemului imunitar. Aceste animale au devenit rezervorul a numeroși paraziți și boli infecţioase, dintre care multe transmisibile şi la om. Consecințele practicării sistemelor de agricultură nu se opresc aici. Situația critică actuală a terenurilor agricole de pe Terra, prezentate în capitolul 9 sunt, în bună parte, rezultatele agriculturii industrializate, practicate de la jumătatea secolului trecut încoace. 9.2.2. Sisteme de agricultură durabilă Date fiind dezavantajele agriculturii comerciale, industriale, numeroși specialiști din domeniul agriculturii consideră aceste sisteme dăunătoare, atât pentru sănătatea oamenilor cât și a pentru cea a mediului. De aceea, tot mai mult se pledează pentru sisteme durabile de agricultură. Durabilitatea desemnează acea dezvoltare în care sunt satisfăcute necesităţile prezentului, fără a compromite necesităţile generaţiile viitoare. Conceptul de durabil (sustainable) a apărut în ecologie, în sintagma biosferă durabilă, apoi s-a răspândit în agronomie, etică şi alte domenii. 126

Conform Congresului SUA [Carlier și colab., 1998], agricultura durabilă este “Un sistem care se poate autosusține pe un timp nelimitat fără să conducă la degradarea pământului, a ambianței umane sau a umanității; o strategie de managamant care să ajute producătorul să aleagă soiurile și hibrizii, practicile culturale, programele de fertilizare și combatere a bolilor și dăunătorilor cu input-uri minime, care să minimizeze impactul sistemului asupra ambianței umane și care să asigure un nivel susținut de producție și de profit pentru fermieri”. În aceste sisteme de agricultură putem vorbi de ecotehnologie și ecotehnică. În concepția cercetătorilor Mitsch și Jorgensen (1989) citați de Mănescu și Ștefan (2005), ecotehnologia și ecotehnica “reprezintă proiectarea societății umane în mediul natural, în beneficiul acesteia și în opoziție cu orice forme de tehnici inginerești care se substituie mediului natural”. Ecotehnologia agricolă presupune „cunoașterea și aplicarea metodelor și mijloacelor necesare în toate procesele de producție, cu păstrarea nealterată a mediului înconjurător” [Ionescu, 1989]. Spre deosebire de tehnicile agresive utilizate în sistemele agricole industriale, ecotehnicile, specifice agriculturii durabile, protejează integritatea solului, respectă echilibrul ecologic, susțin reciclarea resurselor, reduc consumul de energie culturală. În momentul de faţă există o multitudine de clasificări legate de agricultura durabilă. În spiritul acestui curs, în sistemele de agricultură durabilă includem: sistemele de agricultură integrată şi sistemele de agricultură organică (ecologică, biologică). 9.2.2.1. Sisteme de agricultură integrată Aceste sisteme se fundamentează pe stimularea proceselor naturale care să conducă la menţinerea fertilităţii solului la un nivel ridicat şi la un control riguros al paraziţilor, cu cheltuieli moderate de energie, în condiţiile menţinerii producţiei la un nivel ridicat, fără a deranja mediul înconjurător. Anual sunt folosite în agricultura lumii aproximativ 100 milioane de tone de îngrăşăminte, care aduc un spor de producţie echivalent cu 40% din producţia mondială de cereale. La acestea se adaugă multe alte milioane tone de substanţe chimice destinate protecţiei plantelor care salvează circa 30% din recoltele obţinute. Se apreciază că, prin intermediul acestor mijloace, jumătate din populaţia lumii are asigurată hrana cotidiană necesară pentru subzistenţă. Cifrele acestea sumare şi aproximative ilustrează cu elocvenţă importanţa capitală pe care procesul de chimizare-fertilizare al agriculturii îl are pentru întreaga planetă, pentru dezvoltarea societăţii [Cotigă, 1998]. Prin urmare, în etapa actuală de evoluție a societății omenești, înlocuirea totală a input-urilor din agroecosisteme prin mecanisme naturale de reglare nu este realistă și nici posibilă. Reîntoarcerea omului la natură nu se poate face într-o natură primitivă, bucolică, cum susțin unele curente ecologice fundamentaliste, ci pe baze raționale. Numai așa se va putea asigura necesarul de hrană pentru o populație în continuă creștere [Puia și colab., 2001]. Principalele surse de poluare din agricultură sunt îngrășămintele chimice și pesticidele. Agricultura integrată pornește de la convingerea că fertilizarea şi chimizarea sunt absolut necesare pentru o agricultură modernă de mare randament, dar aceste mijloace sunt numai o componentă a fertilităţii solului şi a protecţiei plantelor împotriva bolilor şi dăunătorilor. Utilizarea îngrășămintelor chimice și a pesticidelor este integrată într-un sistem mult mai complex, din care fac parte și alte metode de fertilizare și de fitoprotecție. Berca și Roman (1991) consideră că “schemele agriculturii integrate acceptă numai substanțe chimice de valoare biologică mare, ușor degradabile, care după lansarea efectului părăsesc rapid ecosistemul”. Fertilizarea în agricultura integrată presupune intensificarea fertilizării organice a solului cu gunoi de grajd și diverse composturi. În ultimul timp se utilizează tot mai mult composturile provenite de la staţiile de epurare şi din resturile menajere. Pentru obținerea acestor fertilizanți organici trebuie folosite însă tehnologii adecvate, deoarece există riscul poluării chimice a infectării și infestării cu diferiți paraziți, prezenți în aceste materiale. Îngrăşămintele verzi sunt folosite intens în agricultura integrată. Această metodă constă în cultivarea de plante cu masă vegetală bogată și nepretențioasă față de nutrienți, în scopul încorporării 127

lor în sol, odată cu lucrările de bază. Speciile preferate în acest sens sunt leguminoasele (lupin, mazăre, măzăriche, sulfină etc.), dar pot folosite și alte specii precum – secara, floarea soarelui, rapița, muștarul etc.. Îngrășămintele verzi au rolul de a îmbunătăți proprietățile fizico-chimice ale solului precum și activitatea microflorei și microfaunei din sol [Rusu și colab., 2005]. Utilizarea leguminoaselor este, de asemenea, un mijloc important de fertilizare şi de menţinere a echilibrului biologic în natură. O cultură de leguminoase poate fixa în cursul unui an cantități importante de azot (vezi Circuitul azotului). Efectele benefice ale acestor culturi constau și în refacerea structurii solului cultivat. Combaterea bolilor și dăunătorilor în agricultura integrată se deosebește esențial de cea practicată în sistemele de agricultură industrializată, întrucât aici obiectivul nu mai constă în eradicarea paraziților, ci în menținerea nivelului de atac la un anumit nivel. Acest nivel este denumit prag economic de dăunare (PED), adică limita de atac a paraziţilor care duce la pierderi de recoltă egale cu costul tratamentelor. PED permite renunţarea la o stropire fitosanitară atunci când densitatea bolii sau dăunătorului nu atinge valoarea critică. De exemplu, dacă o stropire cu insecticid împotriva viespii semințelor de prun (Eurytoma schreineri) costă 500 Euro, iar pagubele produse de viespe la un atac de 2% se ridică la 500 de Euro, înseamnă că PED la E. schreineri este 2% fructe atacate. Dacă atacul este de 3% se va executa tratamentul, dacă este de 1,5% se va renunța la stropire. Desigur că, stabilirea PED este o muncă laborioasă care presupune estimarea atacului, a prețului de valorificare a produsului finit, costul pesticidelor, a combustibilului, a muncii vii, etc. Utilizarea PED are cel puțin două avantaje: folosirea unei cantităţi reduse de pesticide şi implicit reducerea poluării; păstrarea mai bună a diversităţii, deoarece pragurile acceptă un număr de buruieni, boli şi dăunători. În agroecosisteme produc pagube circa 500 de specii de ciuperci, 200 specii de buruieni, 10.000 specii de insecte si acarieni [Berca, 2000]. Pentru asigurarea alimentelor necesare omenirii, societatea internațională a acceptat folosirea pesticidelor ca un rău necesar, ca pe o ultimă variantă de apărare. Lupta integrată este ansamblul de mijloace si metode (agrotehnice, chimice si biologice) folosite pentru distrugerea paraziţilor agricoli, atunci când valoarea atacului depăşeste pragul economic de dăunare. Măsurile agrotehnice de combatere pot conduce la eliminarea unor tratamente chimice sau la reducerea acestora. Ele constau în: alegerea corespunzătoare a terenului, rotația culturilor, fertilizări corespunzătoare, igiena fitosanitară, sterilizarea solului cu abur în sere, recoltarea și arderea organelor infectate sau infestate etc.. Astfel, caisul fiind foarte sensibil la apoplexie, nu va fi amplasat pe terenuri joase, cu exces de umiditate, care favorizează boala; cultura de varză nu se va înființa pe terenuri cu pH acid care avantajează răspândirea și evoluția herniei la varză. La prun, pe suprafețe restrânse, adunarea fructelor infestate cu Eurytoma schreinery poate reduce semnificativ pagubele produse de această viespe [Maxim, 1993]. Studiile făcute la măr de Ciurdărescu și colab. (1991) arată că, sistemul de întreținere a solului pe intervalele dintre rândurile de pomi influențează atacul viermelui merelor (Laspeyresia pomonella). Astfel, acolo unde terenul este înierbat, atacul a fost mult mai redus față de ogorul negru. Prin practicarea rotației culturilor este evitată așa numita oboseală a terenului, prezentă la monoculturi. Fenomenul se datorează în principal acumulării de substanțe alelopatice și extragerii unilaterale a unor substanțe nutritive din sol, ceea ce conduce la secătuirea solului în elementele respective. La stabilirea succesiunii culturilor se ține seamă de bolile și dăunătorii comuni ai speciilor agricole. Primăvara, fiecare teren cultivat deține o rezervă biologică de paraziți, în funcție de cultura premergătoare. De aceea, o specie va reveni pe aceeași solă numai după un anumit interval de timp. Chiar și înființarea de culturi cu specii înrudite poate fi păgubitoare pentru cultivator. De exemplu, mana florii soarelui va dispărea complet de pe un teren doar după cinci ani. Prevenirea infestării solului cu gândaci gheboși se poate face numai prin evitarea cultivării porumbului după porumb. Revenirea unei culturi de solanaceae pe aceeași solă se va face doar după patru ani, din cauza manei și a gândacului de Colorado care le sunt comune. Combaterea biologică a paraziților vegetali poate contribui la reducerea masivă a 128

pesticidelor. Dintre aceste metode amintim: multiplicarea în laborator și lansarea în cultură a diferitelor specii de insecte utile și microorganisme, utilizarea feromonilor și a păsărilor insectivore, crearea de soiuri cu rezistență genetică etc.. Combaterea biologică a paraziților vegetali poate contribui la reducerea masivă a pesticidelor. Dintre aceste metode amintim: multiplicarea în laborator și lansarea în cultură a diferitelor specii de insecte utile și microorganisme, utilizarea feromonilor și a păsărilor insectivore, utilizarea extractelor vegetale antimicotice, crearea de soiuri cu rezistență genetică etc.. Maxim (2005) constată că unele extracte apoase de plante (Armoracia rusticana, Daucus carota, Urtica dioica, Primula officinalis, Juglas regia, Cannabis sativa, Equisetum arvense) inhibă total germinarea conidiilor de rapăn la măr (Fucicladium dendriticum) “in vitro”. Același autor ajunge la concluzia că, în livadă, cele mai bune rezultate în combaterea cancerului rugos al pomilor la măr (Diaphora perniciosa f.c. Phomopsis mali) s-au obţinut prin utilizarea concomitentă (efect sinergic) a două specii de microorganisme luate în studiu: Trichoderma harzianum și Bacillus subtilis. În afară de combinarea metodelor de combatere a paraziților și de pragurile economice de dăunare, în lupta integrată mai trebuie respectate următoarele principii: - La același efect biologic să se utilizeze produsele cele mai putin toxice. - Evitarea introducerii în ecosistem a pesticidelor: greu degradabile biologic, cu rezidualitate ridicată, uşor levigabile (ajung mai rapid în apa freatică), cu efecte secundare nedorite, a celor care se acumulează de-a lungul lanțurilor trofice, a celor care distrug flora și fauna utilă din sol și de pe plante (cu rol important în mineralizarea materiei organice moarte și limitarea numărului de dăunători fitofagi), în general a pesticidelor care afectează echilibrele ecologice. - Protejarea paraziților și prădătorilor naturali ai dăunătorilor fitofagi, prin utilizarea de pesticide selective și/sau evitarea stropirilor cu produse neselective în stadiile vulnerabile ale acestora. - Utilizarea de soiuri cu rezistență genetică la boli și dăunători. - Reducerea drastică a pesticidelor, prin efectuarea tratamentelor fitosanitare numai în condiții de strictă necesitate. Stropirile vor fi executate pe baza avertizărilor emise de specialiști, în urma diferitelor observații, analize, prognoze și evaluări. Se vor lua în considerare - ecologia parazitului, fenologia plantei, remanența pesticidelor, rezerva biologică a parazitului, rezistența soiurilor etc.. Este foarte important ca stropirea să fie făcută la momentul optim. În Marea Britanie, cantitatea de fungicide pentru cereale a fost redusă cu 50-75% numai prin administrarea la momentul potrivit. Reducerea cantităților de pesticide se poate realiza și prin utilizarea tratamentelor la sol, în locul celor aviatice. Eficiența tratamentului poate crește astfel, de la 50% la 90% [Pretty, 1995]. Prin introducerea tehnicilor de stropit cu aerosoli, consumul de soluție la hectar este diminuat semnificativ. - Complexarea tratamentelor fitosanitare, adică introducerea în soluția de stropit a unei combinații de pesticide (fungicid + insecticid + acaricid) cu spectru mai larg de acțiune, în vederea reducerii numărului de treceri cu agregatul prin cultură. Avantajele acestui sistem constau în reducerea consumului de combustibil și evitarea tasării solului. Aplicarea tratamentelor complexe presupune găsirea momentului optim de tratament, în care stadiile vulnerabile ale paraziților vegetali să se suprapună [Maxim, 1997]. - Creșterea rezistenței fiziologice a plantelor și animalelor printr-o nutriție echilibrată (vezi subcapitolul 3.2.3 – Relații complexe). O componentă importantă a agriculturii integrate este sistemul de lucrări ale solului etc.. Distingem aici sistemul de lucrări minime (minimum tillage) și sistemul fără lucrări (no tillage). Rezultatele efectuate în România pe această temă sunt destul de contradictorii [Mănescu și Ștefan, 2005]. Practicarea agriculturii integrate a facilitat trecerea la un alt tip de agricultură, cea ecologică. 9.2.2.2. Sisteme de agricultură ecologică Exploatarea intensă a pământului folosind produsele chimice de sinteză, a condus la 129

intoxicarea permanentă a populaţiei, cu o creştere alarmantă a frecvenţei bolilor degenerative (cancer, alergii, boli de piele grave etc.), mai cu seamă la fermierii care întrebuinţează aceste substanţe. La acestea, se adaugă alte numeroase dezavantaje, prezentate la Sisteme de agricultură industrializate din actuala lucrare și la capitolul 8 (Ecosistemele agricole și alimentația omenirii). A.) Generalități Agricultura ecologică are ca scop obținerea de produse agroalimentare fără utilizarea produselor organice de sinteză (pesticide, îngrăşăminte, stimulatori, regulatori de creștere, antibiotice). Organismele modificate genetic și derivatele lor sunt interzise în acest tip de agricultură. Agricultura ecologică (biodinamică, biologică sau organică) se deosebește fundamental de celelalte sisteme de agricultură, întrucât produsele finite nu pot fi valorificate sub sigla “ecologic” numai dacă sunt etichetate de către organisme autorizate. Obținerea certificatului de produs ecologic presupune parcurgerea obligatorie a mai multor etape, stabilite prin diferite acte normative și supuse sistemului de certificare și inspecție. La produsele agroalimentare ecologice trasabilitatea produsului poate fi urmărită de la furcă la furculiță. Istoria agriculturii biologice a început în Europa, la începutul secolului XX. Este important să menționăm faptul că, în ţările cu o agricultură biologică semnificativă s-a dezvoltat mai întâi agricultura integrată, cea care integrează metodele şi procedeele agrotehnice blânde, ocrotitoare de mediu, cu metodele şi procedeele intensive, dar aplicate la nivelul minimului necesar. Agricultura integrată a funcționat și încă mai funcționează ca o școală de trecere la agricultura ecologică. Agricultura ecologică are numeroși opozanți în rândul producătorilor de pesticide, a îngrășămintelor chimice și a semințelor modificate genetic. Principalele argumente constau în producția mică și prețul ridicat al produselor obținute. Este adevărat că necesarul de hrană al Terrei nu poate fi susținut numai de produse organice însă cererea tot mai ridicată în rândul consumatorilor justifică pe deplin extinderea acestui tip de agricultură. În plus, consumatorului trebuie să i se ofere dreptul la opțiune. Nu este moral ca producătorul agricol să impună dieta publicului larg, ci dimpotrivă trebuie să răspundă comenzii cetățeanului cumpărător și consumator. Teama producătorilor de chimicale și semințe modificate genetic, legată cu neputința agriculturii organice de a produce suficientă hrană pentru omenire, nu se susține, deoarece nu se pune problema trecerii masive și necontrolate a agricultorilor la sistemul ecologic de cultură. Tehnologiile ecologice sunt foarte pretențioase, presupun un grad înalt de profesionalism și prezintă multe riscuri de natură economică pentru producător. Pe cealaltă parte, agricultura în sistem industrial este mult mai ușor și mai comod de aplicat, întrucât nu interesează sănătatea mediului, a oamenilor, consecințele pe termen lung, ci doar profitul imediat. Este mult mai simplu într-o plantație de măr, de pildă, să aplici 25 de stropiri pe an cu pesticide, decât să urmărești îndeaproape evoluția paraziților fitofagi, a speciilor de insecte utile, să cântărești și să evaluezi cu multă chibzuință și pricepere oportunitatea unei intervenții fitosanitare. Tehnologiile organice nu pot asigura, în acest moment, toată hrana omenirii însă alături de sistemele integrate de cultură ar putea fi cea mai benefică combinație de agroecosisteme, din toate punctele de vedere. În privința ponderii celor două sisteme, cred că piața poate regla cel mai bine acest aspect. Din punctul de vedere al agriculturii, riscurile majore pentru bunăstarea și sănătatea Planetei, prezente și viitoare, nu vin de la agricultura organică ci de la cea industrială. Situația actuală a terenurilor agricole, a surselor de apă dulce, a contaminării biosferei cu pesticide și nitrați ș.a. confirmă cu prisosință acest lucru. Extinderea exagerată a agriculturii organice s-ar putea remedia extrem de rapid și tot atât de simplu, prin revenirea la sistemele integrate sau industriale de agricultură. Remedierea terenurilor supraexploatate și epuizate de agricultura comercială este însă mai dificilă și mai îndelungată. Din capitolul 8 al prezentului curs am reținut că, eroziunea alarmantă a solurilor, cauzată de intensificarea exagerată a agriculturii, a determinat guvernul SUA să ia măsura necultivării terenurilor agricole pe o treime din suprafața cultivată a țării, în scopul refacerii solului. Trebuie doar să ne imaginăm acele suprafețe imense, distruse de chimizarea nesăbuită, împânzite de ferme 130

ecologice, în care grija față de sol și față de mediu este primordială, și ne vom schimba percepția față de temerile producătorilor de chimicale și semințe transgenice, cu privire la securitatea alimentară a planetei. Majoritatea ţărilor vestice subvenţionează de la stat doar agricultura ecologică. Au apărut legi drastice, institutii specializate, care asigură controlul permanent al calităţii produselor, al condițiilor în care se cultivă plantele şi al adăposturilor unde se cresc animalele. Au luat fiinţă în domeniu multe asociaţii, uniuni, cooperative cu acest obiect de activitate. În ultimii ani s-au înființat, în toată lumea, magazine specializate pentru vânzarea produselor ecologice. Deși producțiile în aceste sisteme de agricultură sunt mai reduse, prețurile de valorificare sunt cu 20-60% mai mari decât cele ale produselor convenţionale, ceea ce permite fermelor biologice să fie rentabile (www.agricultura-ecologica.ro). La prețurile foarte convenabile se mai adaugă subvenţiile primite de la stat. Cu privire la incapacitatea agriculturii organice de a asigura alimente pentru întreaga planetă, menționez că există studii care infirmă acest lucru. Badgley și colab. (2007) de la Universitatea din Michigan, comparând producțiile sistemului convențional, intensiv, cu cel ecologic (293 de comparații din diferite țări ale lumii) ajung la concluzia că producția în sistemul ecologic reprezintă 96% din producția agriculturii convenționale. Sondajele de opinie arată că, în Occident, consumatorii preferă aceste produse, iar suprafeţele cultivate în sistem biologic cresc în progresie geometrică. Tot mai mulţi medici susţin că nu se poate concepe sănătatea unei naţiuni în afara sistemului de agricultură biologică. Trecerea de la agricultura convenţională, intens chimizată, la agricultura ecologică se realizează într-o perioadă de timp mai lungă sau mai scurtă (6 săptămâni - 3 ani), în funcţie de o serie de factori. Aceasta este denumită perioadă de conversie. Bioagricultorul trebuie să încheie contracte cu autoritatea specializată din cadrul Ministerului Agriculturii. Activitatea, în aceste unităţi de producţie se va face sub îndrumarea şi sub controlul permanent al consultanţilor şi controlorilor autorităţilor competente. B. Elemente componente ale agriculturii ecologice a.) Studiul şi ameliorarea condițiilor locale de mediu În preajma fermei ecologice, mediul înconjurător se va păstra curat, iar biodiversitatea va fi conservată. Se vor planta perdele de protecţie, pomii şi arborii răzleţi se vor menține sănătoşi. Vor fi construite cuiburi pentru păsări şi ascunzişuri pentru reptile şi arici, se va inventaria fauna folositoare din zonă etc.. Bioagricultorul va ţine cont de zonarea şi microzonarea producţiei agricole. Vor fi cultivate și crescute numai acele specii şi soiuri/rase de plante și animale care sunt bine adaptate la condițiile zonei şi verificate perioade îndelungate (vezi subcap. 9.2.3). Numai în felul acesta se vor putea reduce input-urile energetice, unul dintre obiectivele acestui tip de agricultură. Cu alte cuvinte, culturile agricole se vor amplasa acolo unde găsesc cele mai potrivite condiții naturale de creștere și dezvoltare. Înființarea lor în zone improprii ar presupune crearea artificială a cerințelor optime speciei și soiului, ceea ce înseamnă consumuri energetice suplimentare. La fel se pune problema și în cazul animalelor. b.) Ameliorarea solului Măsurile de ameliorare a solului în agricultura biologică vizează sporirea fertilităţii naturale și creşterea activităţii biologice din sol. Solul este un organism viu, care se naşte, trăieşte şi poate muri. El este format din 45% substante minerale, 7% substanţe organice, 25% aer şi 23% apă. Deși are doar șapte procente, substanţa organică a solului este izvorul vieţii şi fertilităţii. Substanţa organică este formată din 85% humus, 10% rădăcini de plante şi 5% flora şi fauna solului. Din acest 5%, microflora (bacterii, actinomicete, alge şi ciuperci) reprezintă 4%, iar fauna (protozoare, nematode, colembole, acarieni, miriapode, crustacei, cârtiţe, dar mai ales râmele principalul indicator al vieţii biologice din sol) doar 1 %. Între flora şi fauna solului pe de o parte şi humusul din sol pe de altă parte, există o legătură foarte strânsă. Fără aceste componente ale solului 131

nu putem vorbi de o agricultură sănătoasă și durabilă și cu atât mai puțin de agricultură ecologică. Pentru a evidenția importanța deosebită a substanței organice din sol pentru plantă, anglo-saxonii au denumit aceste sisteme de cultură, agricultură organică. Principalele măsuri de ameliorare a solului în direcţia celor amintite mai sus sunt: - Administrarea sistematică de gunoi de grajd - cel mai important îngrăşământ şi ameliorator de sol din agricultura biologică. Utilizarea îngrășămintelor chimice este interzisă. Gunoiul de grajd se va completa cu îngrăşăminte verzi și plante leguminoase. Cercetările efectuate în diferite țări arată că, de exemplu, cultura de soia poate aduce un aport de azot biologic de 50-150 kg la hectar, iar îngrășămintele verzi din lupin, sparcetă și măzăriche pot înlocui 20 de tone de gunoi de grajd sau 250 kg NPK la hectar. - Pentru diminuarea riscului de eroziune a solului, acesta va fi menținut acoperit cu vegetaţie tot timpul anului prin: culturi intercalate, culturi succesive, îngrăşăminte verzi, mulcire etc.. - Evitarea compactării solului, prin folosirea de agregate uşoare și prin practicarea unui minimum de lucrări ale terenului. Solul se va lucra numai la umiditatea optimă. - Menținerea pH-ului solului in limite optime (6-7), care să permită valorificarea corespunzătoare a elementelor nutritive din sol de către plantele de cultură şi creşterea capacităţii de tamponare a solului. Pentru corectarea pH-ului se vor folosi amendamente admise de legislație pentru agricultura organică; - Completarea necesarului de microelemente, se va face prin administrarea de făină de rocă odată cu gunoiul de grajd. c.) Folosirea îngrăşămintelor Ingrăşămintele organice constituie cheia de boltă a agriculturii ecologice și este de preferat ca ele să provină din resurse proprii. Utilizarea îngrăşămintelor minerale se va face numai în completarea celor organice. Acestea sunt naturale, greu solubile și trebuie să fie admise de legislație pentru acest tip de agricultură. In agricultura ecologică nu este permisă utilizarea îngrășămintelor chimice dar nici a urinei, a gunoiului de pasăre, fecalelor, nămolului de la staţiile de epurare şi a composturilor menajere. Gunoiul proaspăt se administrează toamna sau iarna. Paiele cumpărate de la alte întreprinderi, ca şi cele din producţie proprie, nu trebuie să fi fost tratate cu regulatori de creştere. Îngrăşămintele organice folosite în agricultura biologică sunt gunoiul de grajd, proaspăt sau fermentat și îngrăşămintele verzi. Pentru evitarea erorilor de supradozaj a azotului, chiar și în cazul fertilizanților organici, se vor calcula cu atenţie dozele optime. Ca și îngrășăminte minerale se utilizează făina de rocă din bazalt, granit, tufuri vulcanice. La aplicarea îngrăşămintelor în agricultura ecologică se pornește de la premisa că aplicarea lor mai deasă şi în cantităţi mici este mai eficientă. Pregătirea îngrăşămintelor organice se face după reţete speciale, prevăzute în legislație. d). Asolamentul În cadrul unei ferme ecologice, succesiunea culturilor în timp și spațiu este o verigă tehnologică hotărâtoare, datorită avantajelor cunoscute: menţinerea fertilității solului, sporirea rezistenţei plantelor la boli şi dăunători, concomitent cu reducerea rezervelor biologice ale paraziților etc. În stabilirea asolamentului se va ține seamă de o serie de criterii: alegerea terenului în funcție de pretențiile plantei de cultură; alternarea speciilor care îmbogăţesc solul în azot cu cele care îl sărăcesc; plantele cu înrădăcinare adâncă vor alternate cu cele care au înrădăcinare superficială; alternarea monocotiledonatelor cu dicotiledonate; revenirea speciilor cu paraziți comuni pe aceeași parcelă după un anumit număr de ani; utilizarea pe scară largă a culturilor intercalate şi succesive. e.) Sămânţa şi materialul săditor 132

În principiu, sămânţa şi materialul săditor trebuie să provină din întreprinderi biologice certificate. În anumite circumstanțe, se poate folosi însă și material biologic convențional, dar netratat chimic. La tratarea seminţelor se vor utiliza doar produse fitofarmaceutice admise în anexele actelor normative privitoare la agricultura ecologică. Se interzice tratarea chimică a seminţelor, iradierea sau tratarea acestora cu microunde. Nu este permisă folosirea de seminţe sau material săditor modificat genetic. Este admisă înmulţirea plantelor obținute „in vitro". f.) Controlul bolilor şi al dăunătorilor In agricultura ecologică, paraziții nu se „stârpesc", împotriva lor nu se „luptă" (nu se declară război), ci ei se controlează, cel mult se combat. Pentru controlul paraziților în agricultura biologică, se interzice utilizarea pesticidelor de sinteză chimică. Toate preparatele fitofarmaceutice admise în agricultura biologică sunt menţionate în anexele speciale ale actelor normative care reglementează agricultura ecologică. Metode preventive Ca și în medicina veterinară și umană, metodele preventive sunt cele mai importante. Le menţionăm pe cele de bază: alegerea terenului în funcție de pretențiile plantei de cultură; lucrările de ameliorare a solului care vizează: humusul, structura, pH-ul, activitatea biologică; fertilizarea organo - minerală echilibrată care va mări rezistența fiziologică a plantelor la boli și dăunători; asolament armonios, cu multe leguminoase; utilizarea celor mai rezistente specii şi soiuri la factorii de stres abiotici și biotici (boli, dăunători, ger, secetă etc.); practicarea culturilor asociate, succesive şi ale celor acoperitoare de sol; semănatul sau plantatul la epoca optimă; igiena fitosanitară; cunoaşterea faunei folositoare de pe cuprinsul fermei şi protejarea acesteia prin perdele de protecţie, cuiburi pentru păsări, adăposturi etc.); Metode curative de combatere Se vor folosi numai după epuizarea celor preventive. Mai întâi se va recurge la metodele curative mai „blânde" (cu impact minim asupra mediului), apoi se va trece la cele cu efect de omorâre. Mijloace fizico-mecanice strângerea unor dăunători şi opărirea acestora (limacşi, gândaci); strivirea ouălor sau chiar a unor omizi; scuturarea pomilor (dimineaţa) și strângerea gândacilor pe folii de polietilenă; se pot obține rezultate foarte bune, de exemplu, la gărgărița florilor de măr (Anthonomus pomorum); strângerea zilnică a fructelor căzute, opărirea sau utilizarea acestora pentru distilat sau pentru hrana porcilor; strângerea fructelor mumifiate; tăierea unor părţi din planta atacată (făinare, păduchi, focul bacterian al rozaceelor etc.) și distrugerea lor prin ardere; strângerea plantelor bolnave; răzuirea scoarţei pomilor deasupra unor folii și arderea ei; strângerea cuiburilor de omizi; văruirea pomilor de două ori pe an, toamna şi primăvara; instalarea de curse mecanice pentru şoareci şi şobolani; instalarea de benzi argintii, ca sperietori împotriva păsărilor, sau plase; instalarea de inele cleioase sau brâie-capcană în pomicultură; instalarea de capcane cleioase, de culoare galbenă, impotriva muştei cireşelor, muştei morcovului şi a musculitei albe; preparate care protejează sau fortifică plantele împotriva atacului unor boli. Exemplu: 133

permanganatul de potasiu, eficient în combaterea făinării la viţa-de-vie, trandafiri etc. distrugerea virusurilor prin termoterapie etc. Mijloace biotehnice instalarea de capcane biologice: părţi de plante, fructe tuberculi ş.a., pe sol, în sol, în beciuri şi depozite; capcanele se strâng şi se opăresc; instalarea de capcane feromonale; înmulţirea plantelor prin culturi de meristeme. Mijloace biologice („viu contra viu"), numită şi combatere biologică semănarea sau plantarea de plante care îndepărtează sau reduc atacul unor boli sau dăunători (usturoi, crăiţe, conduraşi, levănţică, cimbru, pelin, salvie, ceapă, pătrunjel, mentă, ţelină etc.); atragerea animalelor şi insectelor folositoare prin crearea unor condiţii bune de hrană şi adăpost: buburuze, acarieni prădători, viespi parazite etc.; folosirea insectelor utile crescute în condiții artificiale și lansarea lor în cultură; folosirea mijloacelor microbiologice de combatere. Sunt moderne, eficace, dar încă destul de scumpe. Constau în combaterea unor dăunători, cu preparate obţinute din anumite microorganisme vii (virusuri, bacterii, ciuperci); preparate care îndepărtează dăunătorii. Exemplu: alaunul (piatra acră) care diluată în apă fierbinte (0,4%) şi aplicată pe plante are efect repelent asupra păduchilor de frunză timp de 2-3 luni; preparate care omoară dăunătorii (insecticide). Exemplu: piretrina (insecticid natural extras din anumite varietăţi de crizanteme), săpunul de potasiu (1-3%) utilizat în combaterea acarienilor, omizilor, păduchilor ţestoşi și lânoşi etc. g.) Controlul buruienilor Buruienile nu trebuie privite numai ca și concurente ale plantelor de cultură. Prezența buruienilor tinere poate fi benefică prin faptul că diminuează spălarea azotului și contribuie la solubilizarea acestuia, îmbunătățește structura solului, împiedică eroziunea solului și reglează balanța hidrică a acestuia. În plus, buruienile pot fi folosite sub diferite forme (hrană, refugiu) de către paraziții și prădătorii naturali ai insectelor fitofage. Desigur că, buruienile nu trebuie să ajungă la fructificare. Controlul buruienilor în agricultura ecologică se bazează pe metodele preventive. Este foarte important ca planta de cultură să fie întotdeauna înaintea buruienilor. Cultura fiind mai avansată în creștere va fi întotdeauna mai rezistentă, în timp ce, buruienile vor fi mai sensibile dacă sunt în stadiul de răsărire. Buruienile vor fi combătute în primele faze de vegetație, când plantele sunt sensibile la îmburuienare, dar ulterior plantele de cultură pot coexista cu buruienile, dacă acestea din urmă nu dăunează. Menținerea gradului de îmburuienare sub pragul economic de dăunare în agricultura ecologică nu se poate face printr-o singură metodă, ci printr-un complex de măsuri. Măsurile preventive de combatere a buruienilor constau în: alegerea soiurilor (soiuri cu dezvoltare rapidă), utilizarea răsadului în locul semănatului direct acolo unde este posibil, împiedicarea fructificării și diseminării buruienilor, alegerea parcelelor (vor fi evitate parcelele puternic îmburuienate pentru înființarea de culturi cu rezistență scăzută în competiția cu buruienile), mulcirea solului (se pot utiliza diverse materiale: hârtie, celuloză, folie, țesături etc.), asolamentul (alternarea buruienilor puternic competitive cu cele slab competitive, în relația cu buruienile), înființarea de culturi intercalate care acoperă bine solul și împiedică germinarea și dezvoltarea buruienilor etc. [Morar și colab., 2005]. C. Reglementări internaționale și naționale privind producția agricolă ecologică Statele cu agricultură avansată acordă importanță deosebită producției organice, nepoluate, sănătoase și cu principii nutritive superioare. În Statele Unite s-a elaborat Programul Național Organic. În Europa, bazele agriculturii și producției ecologice au fost puse prin Reglementarea Consiliului Europei (CE) nr. 2902/1991 din 24 iunie 1991 privind metoda de producție agricolă 134

ecologică și indicarea acesteia pe produsele agricole și alimentare și prin Reglementarea CE nr. 1804 din 19 iulie 1999 de completare a Regulamentului (CEE) nr. 2092/91 privind metoda de producție agricolă ecologică și indicarea acesteia pe produsele agricole și alimentare, pentru a include producția animală. La acestea se adaugă reglementările Federației Internaționale a Mișcărilor pentru Agricultura Organică (IFOAM). Pe baza legislației europene, producția și agricultura ecologică din România este oficializată prin: - Ordonanța Guvernului României nr. 34/2000 privind produsele agroalimentare ecologice; - Norma metodologică din 13 septembrie 2001 de aplicare a Ordonanței Guvernului nr. 34/2000; - O.U.G nr. 34/2000 modificată prin ORDONANŢĂ DE URGENŢĂ nr. 62 din 6 septembrie 2006 pentru modificarea şi completarea Ordonanţei de Urgenţă a Guvernului nr. 34/2000 privind produsele agroalimentare ecologice; - O.M nr. 417/110/2002 modificat prin ORDINUL nr. 317/190 din 28 iunie 2006 privind modificarea şi completarea anexei la Ordinul ministrului agriculturii, alimentaţiei şi pădurilor şi al preşedintelui Autorităţii Naţionale pentru Protecţia Consumatorilor nr. 417/110/20024 pentru aprobarea Regulilor specifice privind etichetarea produselor agroalimentare ecologice; - ORDIN nr. 219 din 21.03.2007 pentru aprobarea Regulilor privind înregistrarea operatorilor în agricultura ecologică; - ORDIN nr. 688 din 9 august 2007 pentru aprobarea Regulilor privind organizarea sistemului de inspecţie şi certificare, de aprobare a organismelor de inspecţie şi certificare şi de supraveghere a activităţii organismelor de control. În această lucrare nu voi detalia conținutul reglementărilor, legilor, ordonanțelor de urgență, normelor metodologice referitoare la aceste aspecte, ele fiind supuse permanentelor schimbări. Consider că acest curs trebuie să prezinte sumar aspectele practice legate de etapele pe care trebuie să le parcurgă agricultorul pentru a face producție ecologică. Respectarea regulilor și principiilor agriculturii ecologice, în conformitate cu legislația în vigoare, permit obținerea certificatului de produs ecologic. Acest certificat se eliberează de către organisme de inspecție și certificare înființate în acest scop. Trecerea de la agricultura convențională la cea ecologică se face prin parcurgerea unei perioade de conversie necesară adaptării managementului fermei la regulile de producție ecologică. Această perioadă variază de la șase săptămâni la păsările pentru producția de ouă până la trei ani pentru culturi perene și plantații. Pentru culturile de câmp anuale perioada de conversie este de doi ani; pentru pajiști și culturi furajere - doi ani; pentru vitele de carne - un an; pentru rumegătoare mici și porci - șase luni; pentru animale de lapte - șase luni; pentru păsări pentru producția de ouă 10 săptămâni (păsări pentru producția de carne cumpărate la vârsta de trei zile); pentru albine - un an. Pentru o bună informare a consumatorului, etichetarea produselor agroalimentare ecologice se face conform Ordinelor comune nr. 417/2002 și 110/2002 ale ministrului agriculturii, alimentației și pădurilor și ale președintelui Autorității Naționale pentru Protecția Consumatorilor. Pe etichetă se vor face următoarele mențiuni: modul de producție (exemplu: „produs obținut din agricultură ecologică”); numele și codul organismului de inspecție și certificare care a efectuat controlul unității și a eliberat certificatul de produs ecologic; sigla “ae” care reprezentă garanția că produsul este obținut prin agricultură ecologică. În lucrarea “Fermier în Europa – perspective ale satului românesc în Uniunea Europeană” editată de Ministerul Integrării Europene, autorii recomandă următorii pași pentru agricultorii care vor să treacă la sistemul ecologic de agricultură. Informarea se poate face prin intermediul direcțiilor județene pentru agricultură și dezvoltare rurală (DADR), a oficiilor județene ale Agenției Naționale de Consultanță Agricolă (ANCA), de la Federația Națională pentru Agricultură Ecologică (FNAE) și de la asociațiile de producători de agricultură ecologică. Înregistrarea activității ca producător, procesator, importator, distribuitor sau comerciant la DADR din județul unde se află unitatea/ferma, prin completarea fișelor de înregistrare. Încheierea unui contract cu un organism de inspecție și certificare aprobat de Ministerul 135

Agriculturii Pădurilor și Dezvoltării Rurale. Procedura de înregistrare a producătorilor din agricultura ecologică este reglementată în Ordinul Ministrului nr. 527/2003. În anul 2007, în România funcționau 14 organisme de inspecție și certificare din state membre ale UE, cu filiale/sucursale pe teritoriul României aprobate de MADR. Organizarea comercializării produselor ecologice. Bioagricultorul se va adresa firmelor care au ca și obiect de activitate comercializarea acestor produse și își va afișa oferta pe site-ul www.agricultura-ecologica.ro. Îngrășămintele, pesticidele și ingredientele care pot fi utilizate în agricultura ecologică se regăsesc în Anexa nr. 2 a HG 917/2001. Folosirea altor produse, care nu apar în această listă este interzisă. Utilizarea organismelor modificate genetic (OMG) nu este permisă în aceste sisteme de agricultură. D. Evoluția agriculturii ecologice în lume și în România De la apariția legislației internaționale și naționale cu privire la agricultura ecologică, acest tip de agricultură a cunoscut o dinamică deosebită, atât pe plan mondial cât și în România. Evident că această evoluție este în strânsă corelație cu cererea consumatorilor. Pe plan mondial, conform datelor furnizate de IFOAM (International Federation of Organic Agriculture Movements), FiBL (Research Institute of Organic Agriculture) și SÖL (Stiftung Ökologie & Landbau), în anul 2006, se cultivau 31 de milioane de hectare în sistem ecologic. Aceleași instituții precizează că, într-un singur an de zile (2005) suprafețele cultivate ecologic au crescut cu cinci milioane de hectare. Cele mai mari țări cultivatoare sunt Australia/Oceania (39%) urmată de Europa (21 %), America Latină (20%), Asia (13%), America de Nord (4 %) și Africa (3 %). În anul 2004, valoarea de piață a produselor organice era de 27,8 bilioane $, cele mai mari consumatoare de produse organice fiind Europa și America de Nord [124]. În anul 2007, cu ocazia celei de-a VIII-a Conferință a Asociației Bioterra de la Cluj-Napoca, au fost o serie de prelegeri cu privire la situația agriculturii ecologice în diferite țări europene. Aceste date confirmă trendul ascendent al producției organice. În Republica Slovacia fermele ecologice ocupau 14.773 hectare în 1991, iar în anul 2006 – 121.955 hectare (5,81% din suprafața agricolă). În Letonia, suprafața certificată pentru agricultura ecologică a crescut de la 1.426 ha în 1998 la 150.016 ha în 2006 (6%). În Olanda suprafețele cu management ecologic ocupă 48.000 ha (2,5%), iar până în 2008 se preconizează ca din bugetul de cercetare din domeniul agriculturii, 10% să fie cheltuit pe sectorul ecologic. În Elveția, pe 11% din suprafața agricolă a țării se practică agricultură ecologică. În România, momentele importante ale evoluției agriculturii ecologice sunt următoarele: - 1992 – Primul poligon de agricultură ecologică - 1997 – Asociația,,Bioterra” - 2000 – O.U.G nr. 34 / 2000, aprobata prin Legea nr.38/2001 - 2001 – Birou de agricultură ecologică - 2002 – Federația Natională de Agricultura Ecologică - 2003 – Legislație națională armonizată cu legislația comunitară - 2004 – Organisme de inspecție românești - 2005 – Sprijin pentru agricultura ecologică - 2006 – Sigla ,,ae” În anul 2003, numărul operatorilor de agricultură ecologică din România era de 129 de societăți și persoane fizice (68 – producția vegetală, 19 – producția zootehnică, 41 – crescători de albine și un importator). Suprafețele cultivate după model ecologic au crescut de aproape 100 de ori, de la 17.438 ha în anul 2000, la 166.500 ha în 2007. Efectivele de vaci de lapte în agricultura ecologică au crescut de aproape 100 de ori, de la 10.500 în 2007, iar la bovine și caprine de la 1.700 în 2000 la 96.200 în anul 2007. Conform Ministerului Agriculturii, obiectivul pentru anul 2008 este ca suprafața cu management ecologic să ajungă la 225.000 ha, adică 1,8% din suprafața agricolă a țării. Pe termen lung (anul 2013) se preconizează ca agricultura ecologică să se extindă la 754.000 hectare, respectiv 5,08% [Aldescu, 2007]. 136

PARTEA a III-a

DETERIORAREA SI PROTECŢIA MEDIULUI Capitolul 10 DETERIORAREA ECOSISTEMELOR PRIN POLUARE De cele mai multe ori, vorbind despre impactul omului asupra mediului înconjurător, se fac referiri la poluare. In realitate agresiunea omului depăşeşte mult sfera poluării şi de aceea este mai corect să vorbim de căi diferite de deteriorare a mediului. Poluarea este una din ele. La aceasta trebuie adăugate o serie de alte căi de deteriorare, ca : extragerea din ecosisteme a unor componenti abiotici sau biologici, introducerea de elemente biologice - floristice sau faunistice care duc la schimbarea echilibrelor ecologice, a structurii trofice, a productivităţii biologice; modificări ale unor întregi biomi prin mari construcţii sau lucrări hidrotehnice sau hidroameliorative; desfăşurarea unor activităţi generale ale omului afectând în diferite moduri cele mai variate ecosisteme. Vom examina pe rând aceste diferite căi de deteriorare a mediului si a căilor de protecţie, nu însă inainte de a atrage atenţia că, aceste căi de deteriorare nu acţionează separat în timp şi spaţiu, ci de cele mai multe ori agresiunea se exercită simultan asupra diferitelor componente ale unui ecosistem, asupra ecosistemului întreg, asupra complexelor de ecosisteme şi cu atât mai mult asupra ecosferei luată în ansamblu. 10.1. Poluant. Poluare. Substanţe poluante Incepând cu primele civilizaţii urbane, a apărut şi in tervenţia brutală în mediu a omului prin exploatarea neraţională a terenurilor şi a alterării mediului înconjurător prin poluanţi proveniţi din activitatea umană. Poluant, reprezintă factorul produs de om sau de fenomene naturale cu acţiune toxică asupra organismelor, care degradează componentele nevii ale mediului, provocând dezechilibre ecologice. Ca atare, orice factor util care depăşeşte optimul devine poluant. Factorii poluanţi pot fi clasificaţi astfel: - factori fizici: radiaţii ionizante, particule solide, zgomote etc ; - factori chimici: compuşi chimici naturali sau artificiali; - factori biologici sau genetici: specii de plante şi animale. Poluarea este fenomenul de apariţie a factorilor menţionaţi anterior şi de producere a dezechilibrelor ecologice. Substante poluante Ca substanţe poluante pot fi considerate: a..) Substanţele care se găseau cândva în mici cantităţi în natură însă acum se află întrun procent mai mare. Aceasta se datorează fie exploatării intensive a rezervelor minerale şi energetice din subsol şi punerii lor în circulaţie (petrolui, cărbunele, substanţele radioactive etc.) fie produşilor toxici rezultaţi din prelucrarea substanţelor menţionate anterior (CO 2 , NH 3, sulfuri, hidrocarburi etc). b.) Substanţe noi apărute prin sinteze chimice, cum sunt: erbicidele, insecticidele, detergenţii, freonii etc. 10.2. Clasificarea poluării După natura poluantului, întâlnim: 137

A. Poluare naturală, ce reprezintă o impurificare a mediului sub influenţa factorilor naturali, având ca surse: a.)- vulcanii, ce elimină particule solide, gaze şi vapori purtate de curenţi până la mari depărtări de la locul emiterii (30-50 km în stratosferă); b.) cutremurelet produc perturbaţii atmosferice şi mari cantităţi de impurităţi provenite din sol sunt deplasate la mari distanţe odată cu curenţii de aer formaţi; c.) cometele şi meteoriţii, formează o pulbere cosmică de 100 tone pe tot globul. Are o acţiune redusă asupra organismului, excepţie face praful cosmic contaminat radioactiv; d.) eroziunea solului, datorată acţiunii vântului şi a ploilor. Prin eroziunea eoliană se elimină în atmosferă cantităţi variabile de pulbere de praf ce sunt purtate de vânt la mii de kilometri; e.) reziduurile vegetale şi animale, sub formă de frunze moarte, dejecţii, cadavre etc.degajă prin descompunere o serie de substanţe gazoase (CO2, NH3, H2S) care impurifică aerul; f.) focul degradează calitativ şi cantitativ ecosistemele, degajând în atmosferă mari cantităţi de fum şi bioxid de carrbon. B. Poluare artificială, a apărut sub influenţa factorului antropic. Aceasta poate fi: - fizică, produsă de zgomot (poluare sonoră), produsă de substanţe radioactive (poluare radioactivă) produsă de apă caldă, praf etc.; - chimică produsă de compuşi gazoşi din industrie, produsă de ionii unor metale grele, pesticide, detergenţi; - biologică, rezultă din infestarea mediului cu agenţi patogeni şi germeni proveniţi din fermentaţii, eutrofizarea apelor. După mediul în care acţionează poluanţii întâlnim: poluarea aerului, solului şi apei. 10.3. Poluarea aerului Poluarea aerului are numeroase cauze, unele fiind rezultatul unor activităţi umane din ce în ce mai extinse şi răspândite în ultima perioadă de timp, altele se datorează unor condiţii naturale. Acest tip de poluare a luat o mare amploare, odată cu apariţia civilizaţiei moderne, cu creşterea producţiei industriale, a circulaţiei rutiere, cu apariţia deşeurilor menajere etc. Poluarea aerului este mai puternică în mediul urban iar aici în anumite zone industriale unde producerea de noxe este sporită. Substanţele poluante sunt rezultate din arderea combustibililor, praful de la fabricile de ciment, gaze din industria chimică etc. In funcţie de starea lor de agregare, poluanţii din aer sunt de două feluri: poluanţi gazoşi şi solizi. 1 0 . 3 . 1 . Poluanţii gazoşi Acest tip de poluanţi reprezintă 90% din masa totală a poluanţilor emişi în atmosferă şi din această categorie fac parte: - oxidul de carbon (CO), este cel mai răspândit poluant atmosferic. Principalele surse generatoare de CO sunt: centralele electrice pe cărbune, păcură şi gaze; motoarele cu ardere internă (58% din total); industria fierului, oţelului, petrochimică, a celulozei şi hârtiei; arderea deşeurilor, incendiile etc. Oxidul de carbon are o acţiune asfixiantă asupra organismului datorită formării carboxihemoglobinei, ca urmare a combinării cu hemoglobina din sânge. bioxidul de carbon (CO2). Concentraţia maximă normală de CO2, admisă în atmosferă este de 0 , 3 mg/mc de aer, iar creşterea concentraţiei peste 2-3% îl face toxic pentru om. Creşterea concentraţiei poate provoca schimbări dăunătoare la nivelul creierului dar principalul efect îl constituie "efectul de seră". Principalele surse antropice de CO2 sunt diferitele procese de combustie în întreprinderi şi arderile directe în atmosferă (incendii, deşeuri, incălzit etc.). - hidrocarburile, se datorează arderii incomplete a carburanţilor cu efecte cancerigene; - bioxidul de sulf (SO2), rezultat din arderea combustibililor fosili şi din industria metalurgică, cu efecte toxice asupra plantelor producând leziuni foliare la conifere sau la specii foioase (plop, tei, mesteacăn etc.); - hidrogenul sulfurat (H2S) se datorează fermentaţiilor anaerobe produse de sulfobacterii sau în 138

industria chimică, farmaceutică, coloranţilor e t c . . Acesta afectează sistemul nervos, aparatul circulator şi sângele; compuşii azotului, dintre care N02 este cel mai periculos poluant provenit din motoarele cu ardere internă şi automobile, arderea combustibililor fosili; transporturi, industria chimică (fabrici de îngrăşăminte cu azot, de fabricare a HN03). Oxizii de azot pot produce efecte toxice asupra plantelor şi animalelor. Dioxidul de azot (NO2) este de circa patru ori mai toxic decât monoxidul (NO). Persistenţa în atmosferă a unor poluanţi variază între limite foarte largi. Astfel, compuşii pe bază de sulf şi azot (SO2, NO, NO2, N2O, NH3, H2S) persistă în atmosferă câteva zile (1-5 zile), în timp ce, alte substanţe ajung la structuri mai puţin stabile şi reactive după ani de zile (CO = 3 ani; CO2 = 4 ani; hidrocarburi = 16 ani) "Smog-ul" este o ceaţă albăstruie, rezultată în urma reacţiilor chimice dintre razele solare catalizatoare şi diferiţi poluanţi, în condiţiile unei atmosfere umede. Este un amestec de ceaţă şi fum şi provine din cuvintele englezeşti şi . Provoacă iritaţia mucoaselor la om şi animale iar la plante leziuni şi arsuri. În 1952, la Londra, din cauza smogului s-au înregistrat 4000 de decese în 4 zile. În atmosferă apar şi procese de autoepurare (datorită factorilor meteorologici şi fenomenelor de sedimentare), însă atâta timp cât cantităţile de poluanţi se înscriu în limite rezonabile, iar fenomenele meteorologice nu sunt modificate antropic. 10.3.2. Ploile acide Poluarea atmosferică cea mai gravă se manifestă sub formă de ploi acide. Ploile acide sunt determinate de prezenţa în atmosferă a oxizilor de sulf şi azot (S02 şi N02). care în prezenţa vaporilor de apă şi sub influenţa radiaţiilor ultraviolete, se transformă în acizi foarte toxici (acidul sulfuric şi acidul azotic). Aceste substanţe, ajunse în atmosferă, în urma activităţilor industriale, pot fi transportate de vânturile dominante la distanţe mai mici sau mai mari, căzând apoi pe sol sub formă de precipitaţii (ploaie, ninsoare, brumă sau prafuri acide). Apa de ploaie este uşor acidă din cauză cauza acidului carbonic (rezultat din combinarea CO2) dizolvat în ea. pH-ul normal al apei de ploaie "necontaminată" este considerat 5,6. Precipitaţiile acide sunt considerate cele în care apa are un pH sub 5,6. a.) Influenţa ploilor acide asupra apei Aciditatea apei este mai mare toamna, când precipitaţiile sunt mai frecvente şi primăvara, când poluanţii stocaţi în zăpada sunt cedaţi în prima faza a topirii zăpezii. Ploile acide conţin, de asemenea, o diversitate de elemente nutritive pentru plante: Ca, K, S, N, P precum şi o varietate de molecule organice şi produse ale industriei chimice. Creşte deci conţinutul apei lacurilor şi a sedimentelor în aceste substanţe. Apele afectate de depuneri acide pot avea drept efect dizolvarea unor toxine insolubile în apă aflate în bazinele şi reţelele de aducţiune a apei potabile; prezenţa acestor metale toxice aflate în bazinele şi reţelele de aducţiune a apei potabile poate dăuna grav sănătăţii populaţiei. Dacă posibilitatea de tamponare a solului este prea mică pentru a neutraliza aciditatea ploilor va avea loc o acidifiere a apelor freatice, a cursurilor de apă şi lacurilor. b. Influenţa ploilor acide asupra solului Ploile acide conduc la creşterea acidităţii totale a solului, la absorbţia unor macroelemente din sol, la pierderi de humus, la inhibarea fenomenelor de nitrificare din sol etc. c. Influenţa ploilor acide asupra plantelor Frunzele pot fi puternic afectate prin deteriorarea stratului de ceară şi a epidermei sau prin extracţia şi spălarea elementelor nutritive. Contactul ploii acide cu frunza conduce la distrugerea cuticulei, apoi a celulelor epidermei de pe suprafaţa superioară a frunzei, urmată de distrugerea celulelor palisadice şi în final ambele suprafeţe ale frunzei sunt afectate. Răspunsul frunzei la acţiunea ploilor acide depinde de: durata expunerii, frecvenţa expunerii, 139

intervalul dintre ploi, intensitatea ploii, mărimea picăturilor. Efecte vizibil negative asupra creşterii plantelor se obţin când vegetaţia este expusă la ploi cu pH sub 4. Sensibile la efectul ploilor acide sunt în general culturile legumicole şi sfecla de zahăr. Ploile acide au de asemenea o influenţă negativă şi asupra pădurilor, în mod direct asupra frunzei arborilor şi în mod indirect prin modificarea calităţii solului din care arborii îşi extrag substanţele nutritive. După unele studii rezultă că solurile pădurilor de conifere sunt cele mai expuse. d.) Influenţa ploilor acide asupra diferitelor materiale. Depunerile acide au un efect puternic de corodare a diferitelor metale, construcţii de piatră etc. e.) Influenţa ploilor acide asupra ecosistemelor acvatice Flora şi fauna acvatice sunt foarte sensibile la schimbarea pH-ului. Posibilităţile de protecţie a plantelor împotriva ploilor acide sunt reduse. De aceea se impune luarea unor măsuri de limitare la sursă a substanţelor acidifiante. 10.3.3. Deteriorarea stratului de ozon Stratul de ozon (O3 - o formă molecutară de oxigen cu o mare capacitate de oxidare) este localizat în atmosferă la o altitudine de 10-15 km. El este important din punct de vedere ecologic prin funcţia de protecţie împotriva excesului de radiaţii ultraviolete. În atmosferă, în condiţii normale, cantitatea de ozon este relativ constantă; procesele prin care ozonul se distruge şi cele prin care ozonul se reface sunt într-un relativ echilibru. In ultimele decenii însă, ca urmare a activităţilor industriale, în atmosferă sunt eliminate gaze care perturbă acest echilibru. Principalul element chimic care intervine în oxidarea şi distrugerea moleculei de ozon este clorul ajuns în stratosferă care “sparge” moleculele de ozon. Clorul poate fi eliminat în atmosferă sub formă de CFC (clorofluorocarburi) utilizate ca solvenţi industriali, în refrigeratoare, în sprayuri, şi sub formă de teraclorură de carbon (solvent industrial). Alături de substanţele clorurate, efect nefavorabil asupra stratului de ozon au şi oxizii de azot NOx (produşi rezultaţi din arderea combustibililor fosili). Distrugerea stratului de ozon poate avea implicaţii importante asupra sănătăţii umane. O subţiere cu l % a stratului poate avea drept urmare o creştere cu 2% a intensităţii radiaţiei solare ultraviolete ajunsă la suprafaţa solului: rezultatul poate consta într-o creştere cu 5-7% a incidenţei cancerului de piele. Expunerea prelungită la radiaţii ultraviolete de intensitate ridicată poate, de asemenea, cauza o creştere a incidenţei cataractelor şi o slăbire generală a sistemului imunitar al organismului Fluxul mai intens de radiaţie ultravioletă poate afecta şi lanţurile trofice, atât cele acvatice (în felul acesta diminuând producţia de peşte), cât şi cele terestre. Influenţând nefavorabil fotosinteza plantelor terestre afectează direct producţia primară şi în consecinţă producţia de alimente. Pericolul de distrugere a stratulur de ozon, cu toate implicatiile lui, este in atenţia forurilor de decizie naţionale şi internaţionale. Cercetările recente au demonstrat că deasupra Antarcticii stratul a fost distrus în proporţie de aproape 40 % iar deasupra Statelor Unite se apreciază că grosimea stratului s-a diminuat cu 2,3 până la 6%. Alerta internaţională şi presiunea opiniei publice din diverse tări au avut drept urmare incheierea în anul 1987 a Protocolului de la Montreal, ratificat de 150 de ţări, conform prevederilor căruia statele semnatare se obligă ca în viitorul apropiat să reducă cantitatea de CFC eliminată în atmosferă. 10.3.4. Efectul de seră Se cunoaşte că Atmosfera este, în principiu, mai rece decât suprafata Pământului. Astfel, o parte din radiaţia infraroşie emisă de suprafaţa terestră este absorbită de către componenţii naturali ai Atmosferei, mai ales de către vaporii de apă şi de dioxidul de carbon din aer. Atmosfera, la 140

rândul ei, va emite un flux radiativ, din care o parte va fi îndreptată spre Pământ, generând efectul de seră natural, iar altă parte se îndreaptă către spaţiu. Datorită efectului de seră natural se produce încălzirea suprafeţei terestre şi a stratului de aer din vecinătate care, în absenţa acestui efect, ar avea o temperatură mai mică cu 33oC (-18oC în loc de 15oC). Echilibrul radiativ al sistemului Pământ-Atmosferă se realizează atunci când răcirea rezultată prin emisiile de radiaţii IR (infrarosii) către spaţiu echilibrează energia netă primită de la Soare. Perturbarea bilanţului radiativ a fost numită impuls radiativ care poate fi pozitiv, când duce la creşterea temperaturii medii globale sau negativ când are efect invers. Datorită activităţii antropice, efectul de seră s-a intensificat în ultimul secol. Se apreciază că temperatura medie a aerului la suprafaţa pământului ar putea creşte, fapt ceea ce ar determina topirea gheţarilor şi, ca urmare, creşterea nivelului mărilor şi oceanelor. In consecinţă, apa mărilor şi oceanelor va acoperi suprafeţe tot mai mari de teren; creşterea temperaturii va determina şi modificări ale vegetaţiei. Analiza pe termen lung a procesului de încălzire globală, pe plan mondial, pe baza datelor referitoare la temperatura medie anuală a ultimilor 100 de ani, arată o încălzire, începând cu sfârşitul secolulului al XIX-lea, cu 0,6oC. Desigur, această încălzire nu poate fi imputată numai bioxidului de carbon şi celorlalte gaze menţionate; încălzirea globală actuală se desfăşoară şi pe fondul perioadei numite care a început la jumătatea sec. al XIX-lea. 10.3.5. Prevenirea şi combaterea poluării aerului Dintre măsurile de prevenire şi combatere a poluării mediului enumerăm: întreţinerea şi supravegherea utilajelor din industrie cu scopul evitării pierderilor accidentale de substanţe toxice; aplicarea de tehnologii nepoluante; utilizarea surselor nepoluante de energie, cum sunt: sursa eoliană, hidraulică, a mareelor etc.; extinderea folosirii procedeelor care asigură reducerea poluării în cazul utilizării cărbunilor ca sursa de energie; înlocuirea sau reducerea a cât mai mult posibil a transportului auto prin transportul cu trenul; buna funcţionare a motoarelor cu ardere internă; înlocuirea materialelor energofage în sensul că prin reducerea consumului de combustibili fosili să se diminueze şi poluarea aerului; amplasarea întreprinderilor care poluează atmosfera la distanţa mai mari de localităţi, în special complexele zootehnice în timp ce la unităţile industriale trebuie să se evite eliminarea poluanţilor în atmosferă prin filtrarea aerului poluant şi nu prin mărirea înălţimii coşurilor de evacuare a gazelor poluante. 10.4. Poluarea apei 10.4.1. Consumatorii de apă şi sursele de poluare ale apei Cerinţele cele mai mari pentru apă le au agricultura şi industria, cu menţiunea că în timp ce agricultura scoate din circuitul hidrologic local apa utilizată, industria o restituie în proporţie foarte mare. Apele restituite sunt "ape uzate" şi au o compoziţie fizică, chimică, şi bacteriologică diferite faţă de apa prelevată. In ceea ce priveşte apa, prin poluare se înţelege alterarea calităţilor fizice, chimice şi biologice ale acesteia produsă direct sau indirect de activităţi umane sau de procesele naturale care o fac improprie pentru folosirea normală, în scopurile în care această folosire era posibilă înainte de a interveni alterarea. După provenienţă apele uzate pot fi împărţite astfel: 141

a). ape uzate menajere, în care poluanţii sunt: resturi alimentare, dejecţii, săpun, detergenţi, microorganisme etc. b.) ape uzate din zootehnie, în care poluanţii sunt: resturi de furaje, aşternut, dejecţii, microorganisme etc . c.) ape uzate industriale, împărţite în: - ape de răcire (poluantul este căldura), - ape uzate de spălare şi transport, - ape provenite din secţiile de producţie. 10.4.2. Principalii poluanţi ai apelor In ape poluanţii se găsesc sub formă de substanţe dizolvate sau în stare de dispersie şi sunt constituiţi din substanţe organice şi anorganice. - Poluanţi organici. Aceaştia sunt specifici fabricilor de hârtie şi celuloză care poluează cantităţi mari de apă. Acest tip de poluanţi mai rezultă şi de la abatoare, industria alimentară (fabrici de conserve, fabrici de zahăr) etc. Ca produşi de descompunere a substanţelor organice rezultă fenoli, amine, uree, amoniac, nitraţi, nitriţi. De asemenea, industriile petrochimică, maselor plastice, fibrelor sintetice, detergenţilor, medicamentelor, coloranţilor folosesc cantităţi mari de apă. Poluanţii din aceste ape sunt în cantităţi mari iar unele dintre substanţe sunt toxice pentru diferite organisme. - Poluanţi anorganici. Aceaştia sunt caracteristici, în primul rând, industriei clorosodice (în special cu săruri de NaCl). Acest tip de poluanţi mai rezultă şi din industria petrolieră de extracţie şi industria petrochimică. Din industria chimică anorganică rezultă acizi şi baze libere (acid sulfuric, acid clorhidric, acid azotic etc.). - Poluarea biologică rezultă din aglomerările umane (localităţi, şantiere e t c ) , zootehnie, abatoare etc. şi se caracterizează prin existenţa microorganismelor patogene care găsesc condiţii mai bune în apele calde, murdare, stătătoare. Prin apă pot fi transmise boli bacteriene, boli virotic e , boli parazitare şi alte boli infecţioase; In funcţie de gradul de poluare, apele se grupează în trei categorii: polisaprobe (foarte puternic poluate), mezosaprobe (impurificate puternic până la moderat) şi oligosaprobe (considerate practic curate). 10.4.3. Poluarea apei prin produsele utilizate în agricultură a.) Ingrăşămintele chimice Administrarea îngrăşămintelor chimice în mod abuziv şi incorect, provoacă grave fenomene de poluare a apelor subterane şi de suprafaţă. Cercetările arată că un hectar de pământ cultivat pune la dispoziţia apelor care-1 traversează aproximativ 400 kg substanţe solubile pe an din care cel puţin 1 kg de azot, însă pe măsură ce aplicarea îngrăşămintelor cu azot s-a intensificat, apele s-au îmbogăţit substanţial în nitraţi care, în exces, devin incompatibili cu viaţa. b.) Pesticidele Pesticidele prezintă toxicitate mare pentru om, floră şi faună. Ele ajung în sursele de apă prin scurgerea apelor din industria pesticidelor, prin scurgerea de pe solele tratate, prin transportul de către curenţii de aer, prin spălarea echipamentelor etc. De asemenea, sulful şi sulfatul de cupru mult folosiţi în viticultură pentru protecţia împotriva bolilor, ajung în ape provocând poluări marcante. Măsuri de prevenire a poluării surselor de apă cu pesticide constau în: delimitarea zonelor de protecţie sanitară de instalaţiile de apă şi interzicerea tratamentelor fitosanitare în această zonă; utilizarea corectă a pesticidelor, colectarea apelor de spălare de la aparatele şi recipientele în care au fost pesticide şi tratarea lor şi aerarea intensă a solurilor tratate pentru activarea degradării 142

biochimice a pesticidelor şi producerea şi folosirea de pesticide cu toxicitatea redusă. c.) Gunoiul de grajd O tonă de gunoi de grajd produce în sol 100 kg humus şi aduce 3-5 kg azot, 1-2 kg P205 şi 3-6 kg K2O. Dacă aceste produse nu sunt folosite ca îngrăşământ şi sunt deversate direct, fără epurări prealabile, ele formează permanente izvoare de impurificare a apelor, ducând la imposibilitatea folosirii acestora pentru adăpat animalele precum şi la distrugerea faunei şi florei acvatice. 10.4.4. Eutrofizarea apelor Eutrofizarea este o formă a poluării ecosistemelor, mai ales a apelor continentale stătătoare, prin introducerea unor cantităţi excesive de nutrienţi, ca urmare a activităţii umane. În ultima vreme procesul s-a extins şi a început să afecteze şi unele bazine maritime. Mecanismul ecologic general al acestui proces este relativ simplu. Nutrienţii, principali responsabili ai eutrofizării, sunt în primul rând fosforul (care în condiţii naturale, de obicei este în cantităţi mici şi reprezintă factorul limitant al dezvoltării vegetaţiei), apoi azotul. Creşterea concentraţiei lor în apă determină o înmulţire rapidă a algelor iar în zonele litorale din lacuri şi în alte ape de adâncime mică — a macrofitelor acvatice. Resturile plantelor se depun iar descompunerea lor de către organisme mineralizatoare duce la consumul şi adesea dispariţia (periodică sau permanentă) oxigenului în sedimente şi în straturile adânci ale apei. Carenţa de oxigen duce la sărăcirea sau chiar dispariţia faunei bentonice şi la înlocuirea descompunătorilor aerobi prin cei anaerobi. Substanţa organică depusă în cantităţi mari, este degradată pe cale anaerobă doar parţial, se acumulează, iar bacteriile sulfat-reducătoare care-şi fac apariţia în aceste condiţii, duc la degajare de H 2 S, care intoxică sedimentele şi apele de profunzime. În timp, aceste schimbări duc la transformarea completă a structurii ecosistemelor, a modului lor de funcţionare, la deteriorarea calităţii apei, degradarea biocenozelor. Sursele de îmbogăţire a apelor cu nutrienţi sunt multiple. Din punct de vedere practic, al posibilităţilor de control al acestor surse, ele pot fi împărţite în punctiforme şi difuze. În prima categorie intră în general apele care se scurg prin sisteme de canalizare — deci scurgeri din aşezări omeneşti, din întreprinderi industriale. Aceste surse pot fi mai uşor controlate prin tehnologii care să permită diminuarea cantităţilor de nutrienţi eliminaţi sau extragerea mai ales a fosforului şi azotului din apele deversate, prin diverse procedee. In a doua categorie, a surselor difuze, intră în primul rând îngrăşămintele folosite în agricultură, îngrăşăminte din care o parte importantă este dizolvată şi spălată prin ape de şiroire, de infiltraţie, sau prin sistemele de drenaj al apelor de irigaţii, ajungând în râuri sau în pânze freatice. Tot în această categorie sunt incluse deşeurile provenite din crescătorii intensive de animale precum şi din scurgerea unor mari cantităţi de detritus organic provenit din eroziunea solurilor. Controlul acestor surse este dificil şi, practic, singura posibilitate de a reduce influenţa lor este o gospodărire raţională, foarte atentă a resurselor. 10.4.5. Poluarea termică a apei Poluarea termică afectează mai ales ecosistemele acvatice continentale (lacuri, ape curgătoare) şi unele zone litorale marine. Sursa principală a poluării termice o reprezintă apele de răcire de la centralele termoelectrice şi atomoelectrice care utilizează presiunea aburului pentru punerea turbinelor în mişcare. Apa de răcire este pompată dintr-un bazin natural (râu, lac) şi deversată ulterior înapoi în bazin. Trecând prin sistemul tuburilor de răcire a aburilor apa se încălzeşte, în medie cu 8—11 °C (de la 5 la 18 °C) peste temperatura iniţială. 143

Adesea apa de răcire este clorinată pentru a împiedica dezvoltarea diferitelor microorganisme în sistemul de răcire. Creşterea temperaturii se produce cel mai mult în zona de deversare a apei de răcire. Din acest punct se creează o zonă cu gradient termic. Dacă deversarea se face într-un lac, apa caldă se răspândeşte pe suprafaţa lacului pe o zonă destul de întinsă. Într-un râu se produce treptat amestecarea apei calde cu apa râului, pe o distanţă variabilă. Din aceste motive se produc schimbări în structura fitoplanctonului. Este afectată şi producţia primară. La încălzirea până pe la 20°C, producţia primară înregistrează chiar o creştere, dar la temperaturi mai ridicate se produce o inhibare a fotosintezei, scăderea cantităţii de fitoplancton şi a producţiei primare. Se pot produce fenomene de eutrofizare ca urmare a creşterii temperaturii. Peştii fiind deosebit de sensibili la scăderea oxigenului, deoarece hemoglobina lor are o afinitate mai redusă faţă de oxigen, aceştia pot muri în masă, la o creştere chiar mică a temperaturii. Peştii mai sunt afectaţi şi de traumatismele mecanice. Fiecare specie, pentru parcurgerea normală a ciclului vital are nevoie de o anumită sumă a temperaturilor zilnice eficiente. Creşterea temperaturii mediului duce la satisfacerea accelerată a acestei cerinţe, deci la scurtarea ciclurilor vitale, schimbarea dimensiunilor indivizilor, schimbarea structurii pe vârste şi dimensiuni a populaţiilor, schimbarea perioadelor de ecloziune a larvelor, de apariţie a adulţilor etc. De pildă, temperatura crescută a apei face ca ecloziunea multor insecte să se producă mult mai devreme decât în mod normal, când în afara apei vremea e încă prea rece pentru ele — ceea ce poate periclita reproducerea lor. Grăbirea ciclurilor vitale duce, la animale poikiloterme acvatice, la scăderea dimensiunilor maxime de la fiecare clasă de vârstă şi deci la scăderea biomasei. Scăderea biomasei de nevertebrate afectează semnificativ baza trofică a peştilor. 10.4.6. Prevenirea şi combaterea poluării apei Una din măsurile de prevenire sau limitare a poluării apelor constă în epurarea apelor uzate înainte de deversare în emisari. Epurarea apelor reprezintă totalitatea tratamentelor aplicate, care au ca rezultat diminuarea conţinutului de poluanţi, astfel încât cantităţile rămase să determine concentraţii mici în apele receptoare, care să nu provoace dezechilibre ecologice şi să nu poată stânjeni utilizările ulterioare. Fluxul tehnologic al epurării cuprinde 3 trepte: Treapta mecanică în care se reţin şi se îndepărtează corpurile decantabile şi cele plutitoare cu ajutorul grătarelor, sitelor, deznisipatoarelor, decantoarelor etc. Grătarele sunt rare şi dese (fine). Grătarele fine separă, compactează şi spală rejecţiile din apă mai mari de 10 mm. Deznisipatoarele asigură decantarea nisipului din apele reziduale pe fundul bazinelor precum şi separarea grăsimilor prin procedeul flotaţiei, printr-un proces de barbotare puternică cu aer. În decantoarele primare, nămolul este decantat iar ulterior este transportat în partea din amonte a decantorului, de unde este evacuat. Treapta chimică în care apa este tratată cu coagulanţi (sulfat de aluminiu, clorură ferică etc.) pentru coagularea diferitelor substanţe mai uşor de separat şi îndepărtat. Substanţele acide sau bazice sunt neutralizate. Treapta biologică . Aici sunt eliminaţi poluanţii organici biodegradabili folosind microorganisme ce le utilizează ca hrană. Din procesul de fermentare a nămolului rezultă biogaz care se utilizează pentru producerea de energie termică, respectiv energie electrică (cu ajutorul unui motor de tip Diesel, adaptat pentru a funcţiona pe biogaz, cu o concentraţie minimă de 40% biogaz). Surplusul de biogaz se poate stoca în gazometre. Nămolul fermentat îngroşat se pompează spre staţia de deshidratarea nămolului care este 144

dotată cu instalaţii de centrifugare a nămolului. În cazul scoaterii din funcţiune a instalaţiei de centrifugare a nămolului sunt utilizate platformele pentru uscarea nămolului. În fig. 75 este prezentată schema Stației de Epurare a apei de la Someșeni-Cluj-Napoca, cu cele două trepte de epurare, mecanică și biologică. Atât apele epurate cât şi nămolurile provenite din zootehnie pot fi valorificate cu succes în agricultură însă nu înainte de a se cunoaşte caracteristicile epizootologice pentru a evita contaminarea solului cu agenţi patogeni . Calitatea apei este stabilită prin normative (STAS-uri). Indicatorii de calitate sunt: organoleptici (miros, culoare), microbiologici (bacterii coliforme, streptococi etc.) fizici şi chimici (pH, ioni amoniu, nitraţi, nitriţi, consum biochimic de oxigen – CBO5, consum chimic de oxigen – CCO etc). Cel mai important indicator de poluare al apei este CBO5 (consum biochimic de oxigen). CBO5 este cantitatea de oxigen consumată de microorganisme în termen de 5 zile pentru descompunerea biochimică a substanţelor organice conţinute în apă. Acest indice se măsoară în miligrame de oxigen necesare la 1 litru de apă (mg/l).

145

Fig. 75. Schema Stației de Epurare a apei de la Someșeni-Cluj-Napoca 146

10.5. Poluarea solului Poluarea solului este cauzată de pulberile şi gazele nocive din aer, de apele reziduale, de deşeurile de natură industrială sau menajeră, dar mai ales de pesticidele şi de îngrăşămintele chimice folosite în agricultură. 1 0 . 5 . 1 . Poluarea cu îngrăşăminte chimice Dezvoltarea agriculturii moderne intensive este indisolubil legată de utilizarea îngrăşămintelor, cele cu azot, fosfor şi potasiu ocupând locul principal. Efectul poluant al îngrăşămintelor chimice rezultă din faptul că, unele din ele conţin numeroase impurităţi toxice, sau sunt folosite în cantităţi excesive. Fiind solubile în apă, atât impurităţile cât şi excesul de îngrăşământ, neutilizat de plante este spălat şi ajunge în apele freatice, în râuri, lacuri, în apa potabilă şi deci la om. Efectul poluant cel mai intens îl determină utilizarea în exces a azotaţilor. Caracterul dăunător al excesului de nitraţi şi al prezenţei lor în pânza freatică a râurilor, constă în intensificarea procesului de eutrofizare, iar prezenţa lor în apa potabilă este periculoasă pentru sănătatea omului. Din plante, azotaţii ajung la om, în tubul digestiv, unde în condiţii reducătoare, datorită florei intestinale, se transformă în azotiţi care sunt foarte toxici. Ei se combină cu hemoglobina, formând methemoglobina care nu poate fixa oxigenul, situaţii în care apar grave anemii. Studii recente au arătat că azotaţii, în tractusul intestinal, pot să se transforme în nitrosamine, substanţe cu acţiune cancerigenă. Nu numai îngrăşămintele cu azot dar şi superfosfaţii prezintă toxicitate, datorită unor impurităţi care intră în compoziţia lor. Astfel fosforul acumulat în sol şi apă poate deveni inhibant al proceselor vitale al plantelor: anhidrida fosforică în sol duce la o carenţă de zinc şi implicit la scăderea recoltelor. Pentru a preîntâmpina scăderea productivităţii solului ca urmare a chimizării, se recomandă asocierea îngrăşămintelor chimice cu cele organice sau alternarea administrării lor, astfel ca îngrăşămintele organice să fie administrate cel puţin la 3-4 ani. Pentru a avea o vedere cât mai cuprinzătoare a situaţiei calităţii solurilor agricole şi a cunoaşterii dinamicii acestuia, în cadrul Institutului pentru Pedologie şi Agrochimie din Bucureşti s-a instituit sistemul naţional de monitoring al calităţii solurilor agricole, cu elaborarea în fiecare an a unei analize privind starea de calitate a solurilor agricole din ţară. Pentru perspectiva imediată şi îndepărtată, o problemă îngrijorătoare prezintă poluarea solurilor datorită irigării cu apă din unele râuri în care se deversează substanţe toxice şi reziduuri petroliere (Argeş, Olt, Mureş, Prahova). Complexele de creştere în sistem industrial al porcilor şi păsărilor, reprezintă surse serioase de poluare a solurilor, În România, suprafeţe importante de terenuri sunt scoase din folosinţă agricolă prin acoperirea lor cu diferite deşeuri şi reziduuri, care totalizează o cantitate de peste 300 milioane tone şi acoperă o suprafaţă de aproximativ 22 mii hectare. Pentru stoparea procesului de secătuire a solului în humus şi în elemente nutritive cu compensarea acestor elemente prin promovarea unor sisteme de fertilizare perfecţionată. Acest sistem trebuie să includă în mai mare măsură folosirea îngrăşămintelor organice şi verzi, creşterea ponderii plantelor leguminoase fixatoare de azot atmosferic, precum şi a plantelor perene care contribuie la îmbunătăţirea solului în materie organică şi a structurii acestuia. 1 0 . 5 . 2. Poluarea cu pesticide Descoperirea şi diversificarea pesticidelor utilizate astăzi a început în timpul şi mai ales după cel de-al doilea război mondial, când s-a trecut la producţia pe scară largă a insecticidelor organoclorurate, organofosforice, erbicidelor, fungicidelor, raticidelor etc. de mare eficacitate şi adesea 147

foarte selective în distrugerea anumitor grupe de microorganisme, plante superioare, animale nevertebrate sau mamifere. Pesticidele cu mare toxicitate pot să degradeze biocenozele din sol, îndeosebi detritofagii şi microorganismele din sol cu rol în descompunerea şi mineralizarea materiei organice moarte. Prin aceasta sunt dereglate şi circuitele biogeochimice ale elementelor în natură. Pesticidele afectează în mod deosebit râmele care au un rol primordial în asigurarea fertilităţii solului. Răspândirea cea mai largă o au pesticidele organoclorurate, grup din care face parte DDT-ui şi derivaţii săi. Se ştie că 2,4 D şi DDT-ui ajunşi în sol întrerup temporar procesul de nitrificaţie, ceea ce îngreunează aprovizionarea plantelor cu hrană. Compuşii organocloruraţi, ca de altfel multe alte pesticide, cu o mare stabilitate chimică în condiţiile mediului natural, se degradează producându-se foarte lent (DDT-ul are timpul de înjumătăţire de circa 20 ani), sunt greu solubili în apă şi foarte solubili în grăsimi, acumulându-se în grăsimea animalelor şi plantelor. Omul, utilizează pesticidele pentru a distruge un număr restrâns de organisme ce echivalează cu 0,5% din totalul speciilor ce populează biosfera, dar ele acţionează în mod cu totul diferit asupra tuturor organismelor. Administrarea lor este îndreptată asupra populaţiilor şi nu a indivizilor izolaţi. Mecanismele de acţiune fiziologică asupra organismelor nu se cunosc decât parţial la unele substanţe şi doar la unele organisme. Astfel, în ceea ce priveşte organocloruratele (în special DDT-ul) se ştie că acestea acţionează asupra sistemului nervos şi a metabolismului hormonilor sexuali la nevertebrate şi asupra sistemului nervos la vertebrate. Compuşii organofosforici sunt extrem de toxici, inhibă enzime, afectează sistemul nervos atât la insecte, la artropode cât şi la homeoterme. Cantitatea de pesticide utilizată este în general superioară celei necesare pentru distrugerea paraziţilor şi dăunătorilor, existând totdeauna o supraîncărcare a tratamentului. Pesticidele afectează zone foarte întinse, de zeci de milioane de hectare. Marea stabilitate a pesticidelor agravează şi mai mult acest tip de poluare. O mare parte din dăunătorii şi paraziţii culturilor devin rezistenţi. Folosirea abuzivă a pesticidelor are drept urmare acumularea lor în numeroase produse alimentare, în special cele proaspete. Efectele directe ale tratamentelor cu pesticide provoacă dispariţia unui număr mare de indivizi ai populaţiilor animale şi vegetale din zonele tratate în afara celor vizaţi. Pulverizarea insecticidelor din avion, deasupra pădurilor poate provoca intoxicaţii puternice în special a faunei forestiere. Utilizarea de către păsări a seminţelor tratate cu insectofungicide organoclorurate poate de asemenea reduce efectivele lor. Efectele indirecte ale pesticidelor rezultă din circulaţia şi acumularea lor de-a lungul lanţurilor şi reţelelor trofice. Pesticidele din biomasa vegetală, trec apoi şi contaminează fitofagii cu o acumulare la nivelul carnivorelor. Problema atitudinii faţă de pesticide este complexă ţinând seama de utilitatea lor pe de o parte şi efectele negative asupra omului pe de altă parte. Producerea şi utilizarea lor, deocamdată nu poate fi oprită; sunt însă necesare măsuri severe de interzicere a folosirii acestor substanţe cu toxicitate şi remanentă mare. Tipul de sol are un rol deosebit în reţinerea pesticidelor; astfel solurile argiloase bogate în materii organice păstrează mai bine aceste substanţe şi reziduurile lor comparativ cu cele nisipoase. Pentru evitarea poluării solului cu pesticide vor fi folosite numai cele uşor degradabile. Depoluarea solului de reziduuri de pesticide se face prin administrarea unor adjuvanţi, cultivarea unor anumite plante, utilizarea unor microorganisme. Soluţia cea mai eficientă, atât pentru combaterea dăunătorilor cât şi pentru protecţia mediului, constă în reducerea treptată, în interval, a pesticidelor utilizate în prezent, cu tendinţa de a le înlocui în totalitate. În ultimele decenii s-au făcut cercetări ample legate de reducerea cantităţilor de pesticide în combaterea paraziţilor la plantele de cultură. Aceste aspecte au fost tratate la capitolul 9.3.3.1. “Sisteme de agricultură integrate”. 148

Alte produse care poluează solul sunt: reziduurile solide de la exploatările miniere, zgura metalurgică de la termocentrale, deşeurile rezultate de la crescătoriile de animale, reziduurile provenite din industria alimentară, deşeurile casnice etc. În poluarea mediului, un loc important îl ocupă poluarea sonoră şi poluarea cu izotopi radioactivi. Capitolul 11

BIODIVERSITATEA ŞI CONSERVAREA BIODIVERSITĂŢII 11.1. Biodiversitatea – o problemă globală Comunităţile biologice, dezvoltate in milioane de ani, au început să fie distruse de activităţile oamenilor. Un număr mare de specii suferă un declin rapid, unele fiind aproape de punctul de unde începe extincţia lor, ca rezultat al vânării excesive, distrugerii habitatelor, atacului sălbatic al prădătorilor sau competitorilor introduşi de către om. Principalul inamic al biodiversităţii este sărăcia iar protecţia acesteia trece, in mod obligatoriu, prin ameliorarea bunăstării umanităţii şi lupta împotriva subdezvoltării . Diversitatea biologică este definită ca fiind abundenţa de entităţi vii pe Pământ, reprezentată de milioane de plante, animale şi microorganisme, genele pe care acestea le conţin, complexitatea ecosistemelor pe care le formează în mediul biologic. Conservarea diversităţii biologice nu studiază doar specii şi habitate, ci şi eficacitatea unor măsuri active de protecţie. Conservaţioniştii includ în studiile lor şi aspecte sociale, economice, politice şi etice. Conservaţioniştii nu lucrează numai în plan ştiinţific, ci şi în plan politic şi educaţional, implicând oficialităţile locale, guvernamentale şi comunităţile locale în planurile de protecţie. Începând cu Conferinta Naţiunilor Unite asupra Mediului Inconjurător de la Stockholm din iunie 1972 se recunoaşte, oficial şi la nivel internaţional, interdependenta dintre problemele sociale, tehnologice, economice şi cele ecologice. Pornind de la acest adevăr, s-a dezvoltat conceptul, apoi strategia, dezvoltării durabile, în cadrul căreia ecologia joacă rolul unei adevarate plăci turnante. Recunoasterea importanţei acestei discipline, pătrunderea ideilor şi principiilor ecologice în conştiinţa unei mari parţi a populaţiei, inserarea problemelor de mediu în programele partidelor şi guvernelor etc. sunt realizări incontestabile. Lor li se datorează dezvoltarea de programe internaţionale, elaborarea unor acte normative coerente şi constituirea unor organisme naţionale şi internaţionale specializate pe problemele mediului înconjurator. Convenţia de la Berna (1979) a jucat un rol major în domeniul conservării florei şi faunei sălbatice, a habitatelor naturale. Se referă, în special, la conservarea păsărilor migratoare. Conferintele la nivel înalt de la Rio de Janeiro (1992), de la Johanesburg (2002) ş.a. nu au făcut decat să întăreasca voinţa de acţiune a majorităţii tărilor în domeniul mediului inconjurător şi a dezvoltării durabile. Declaraţia de la Rio afirmă principiul “poluatorul plăteşte”, prin care companiile şi guvernele trebuie să îşi asume responsabilitatea financiară pentru daunele cauzate mediului. Termenul de globalitate a fost folosit pentru prima dată în SUA, la primul forum american National Forum on BioDiversity (1986). Termenul este atribuit lui E.O.Wilson, cunoscut entomolog şi sociobiolog. Transpunerea în tiparele politice şi de drept international s-a realizat in 1992, la Conferinţa Naţiunilor Unite pentru Mediu şi Dezvoltare (CNUE) care va adopta Convenţia asupra Diversităţii Biologice (CBO), semnată de 168 de state. Diversitatea speciilor de pe Terra a crescut continuu de la apariţia vietii. Această creştere nu a fost constantă, existând perioade cu o rată mare a speciaţiei urmate de altele cu schimbări minime. In timp geologic s-au produs cinci extincţii în masă. Cea mai mare extinctie a avut loc la sfârşitul Permianului, acum 250 milioane ani, când se pare că au dispărut intre 77 - 96% din totalul speciilor marine. Este foarte probabil ca extincţiile să fie cauzate de perturbatii majore (erupţii vulcanice pe mari suprafete sau coliziunea cu un asteroid), care au determinat apariţia unor 149

schimbări ale mediului cărora multe specii nu le-au făcut faţă. Au trebuit să treacă 50 de milioane de ani pentru ca numărul mare de familii pierdute in Permian să se refacă. Extinctiile ca şi speciaţiile fac parte mai mult ca sigur din ciclul natural. Chiar dacă extincţiile sunt un proces natural pierderea speciilor este periculoasă atunci când rata de extincţie este mai mare decât rata speciaţiei. Rata actuală de extincţie este de 100 până la 1 000 de ori mai ridicată decat ratele din trecutul geologic. Acest episod nou al extincţiilor este numit a şasea extincţie şi este datorat exclusiv activităţii umane. Pierderea de specii este fără precedent şi ireversibilă. Multe resurse naturale precum aerul, apele, solul, speciile rare, peisajele deosebite sunt considerate a fi resurse comune care sunt bunul intregii societăţi. Aceste resurse nu sunt întotdeauna asociate cu o valoare monetară. Oamenii, industriile, utilizează şi degradează aceste resurse fără a plăti decât simbolic sau deseori fără a plăti nimic, situatie descrisă ca tragedia bunului comun. In sistemele ecologiste de evaluare (economie ecologică) utilizarea acestor resurse comune este inclusă ca parte internă a afacerii şi intră în costul de producţie al produsului. Atunci când oamenii şi organizaţiile vor plăti pentru acţiunile lor se va diminua şi degradarea mediului. astfel că industriile vor avea politici de supraveghere mai severe şi vor fi mai precaute cu mediul. Demonstrarea valorii diversităţii biologice şi a resurselor naturale este o problemă foarte complexă, ea fiind determinată de o varietate de factori economici şi etici. Un obiectiv major al economiei ecologice este dezvoltarea metodelor de evaluare a componentelor diversităţii biologice. Au fost elaborate metode pentru atribuirea de valoare economică variabilităţii genetice, speciilor, comunităţilor biologice şi ecosistemelor.

11.2. Valoarea biodiversităţii 11.2.1. Valori economice directe 1.) Valori utilizate pentru consum Valorile utilizate pentru consum pot fi atribuite bunurilor care sunt consumate local şi care nu apar pe pieţele naţionale şi internationale. Oamenii care trăiesc aproape de terenurile productive utilizează adesea o parte considerabilă a bunurilor produse pentru consumul propriu. În cazul în care populaţia din mediul rural nu este capabilă să obţină aceste produse (ex. vânatul, combustibilul lemnos), ca urmare a efectelor degradării mediului, supraexploatării resurselor naturale sau datorită instituirii ariilor protejate, standardul de viaţă va fi în scădere, fapt ce poate merge până la punctul in care devine imposibilă supravieţuirea şi este necesară migrarea spre centrele urbane. 2.) Valoarea de utilizare a produselor Valoarea de utilizare a produselor este valoarea directă atribuită produselor care sunt recoltate din mediul sălbatic şi vândute pe pieţele comerciale naţionale sau internaţionale. In prezent, lemnul este cel mai important produs obţinut din mediul natural, cu o valoare circulantă în comerţul internaţional de peste 120 miliarde USD an. Productia de lemn este exportată în proporţie tot mai mare din multe ţări tropicale, care obţin astfel valută pentru industrializare sau plata datoriilor. Produsele nelemnoase din pădure, incluzând vânatul, fructele, latex-ul, răşinile, plantele medicinale au de asemenea o valoare productivă foarte mare. De exemplu, produsele nelemnoase exportate de India reprezintă 63% din totalul exporturilor forestiere Valoarea produselor nelemnoase împreună cu valoarea lemnului aduce o puternică justificare economică pentru menţinerea ecosistemelor forestiere în bune condiţii. Beneficii enorme obţinute din comerţul ilegal “de viaţă sălbatică”, precum şi ingeniozitatea reţelelor fac dificile controlul şi stoparea acestei activităţi. De exemplu, un cimpanzeu este plătit braconierilor cu aproximativ 70 USD şi se vinde beneficiarului cu circa 7.500 USD. Cea mai importantă valoare de utilizare pentru multe specii constă în capacitatea lor de a produce noi materii prime pentru industrie şi de a îmbunătăţi genetic culturile agricole. Populaţiile sălbatice produc sursa de material genetic care le poate redresa genetic pe cele 150

domestice. In cazul plantelor cultivate, speciile sălbatice pot produce gene care conferă rezistenta la boli sau determină creşterea producţiei. Continua ameliorare genetică a plantelor cultivate este necesară nu numai pentru creşterea producţiei dar şi ca protecţie împotriva insectelor rezistente la pesticide, virulenţei unor fungi, bacterii sau viruşi necunoscuti. Pierderea plantelor cultivate poate fi adeseori legată direct de variabilitatea genetică redusă. Astfel, În Irlanda, în anul 1846, cartofii au fost distruşi aproape în totalitate. Consecinţele acestei vulnerabilităţi genetice ridicate s-au concretizat prin moartea a peste 1,5 milioane de irlandezi şi cu migrarea altor 2-3 milioane în alte ţări, cartoful fiind un aliment de bază. În anul 1922 cartoful a fost aproape decimat în fosta URSS. Exemplele pot continua. Speciile sălbatice pot fi adesea utilizate ca agenţi biologici de control. Exemplu: viermele alb al maniocului a fost introdus accidental în Africa unde a produs pagube de circa 2 miliarde de USD/an reducând substanţial hrana a peste 200 de milioane de africani. După cercetări intense, entomologii au descoperit o viespe din Paraguai, necunoscută iniţial ca parazit al viermelui alb al maniocului. Un program de creştere şi introducere a 250 000 de viespi în Africa a condus la controlul dezvoltării viermelui şi reducerea a 95% din pierderile de manioc. Lumea naturală este şi o importantă sursă de materii prime în industria farmaceutică. Mai mult de 75% din primele 150 de medicamente prescrise curent in S.U.A. sunt derivate din plante, animale, fungi, bacterii. Două medicamente obţinute dintr-un melc de mare din Madagascar s-au dovedit a fi eficiente in tratarea leucemiilor şi a altor boli de sânge. Aceste tratamente au crescut rata de supravieţuire a copiilor cu leucemie de la 10% la 90%. Comunităţile biologice ale lumii sunt în continuare cercetate pentru a se descoperi noi plante, animale, fungi şi microorganisme care pot fi utilizate in lupta oamenilor cu boli precum cancerul sau SIDA. 11.2.2. Valori economice indirecte Comunităţile biologice produc o mare varietate de servicii de mediu care nu sunt consumate prin utilizare. Ele previn inundaţiile şi eroziunea solurilor, purifică apele şi creează locuri pentru recreere şi studiere a naturii. a.) Productivitatea ecosistemelor. Capacitatea fotosintetică a plantelor şi algelor constă în captarea energiei solare de către ţesuturile vii. Acestea reprezintă startul celor mai importante relaţii trofice care implică aproape toate speciile pe care omul le exploatează. Aproximativ 40% din productivitatea mediului terestru este utilizată direct sau indirect de om. Distrugerea vegetaţiei dintr-un areal conduce la pierderea producţiei de biomasă şi deteriorarea comunităţilor de animale care trăiesc în acel areal. Chiar dacă ecosistemele degradate sunt refăcute - adesea cu cheltuieli foarte mari - nu se mai poate restabili funcţionalitatea iniţială a ecosistemelor, acestea nemaiavând aceeaşi bogăţie în specii. Multe studii asupra pajiştilor naturale şi artificiale confirmă faptul că pierderea unor specii determină declinul productivităţii, comunitatea fiind mai puţin capabilă să răspundă la variaţii ale mediului, precum seceta. Atunci când sunt pierdute specii, comunităţile biologice işi vor reduce substanţial capacitatea de adaptare la schimbările produse de activitatea umană. b.) Protectia apelor şi a resurselor edafice. Comunităţile biologice au o importanţă vitală în protejarea resurselor de apă, protecţia ecosistemelor împotriva inundaţiilor sau secetei şi menţinerea calităţii apei. Aparatul foliar şi litiera interceptează ploaia şi reduc impactul picăturilor de apă cu solul, rădăcinile plantelor şi microorganismele contribuie la aerarea solului, mărindu-i capacitatea de a absorbi apa. Creşterea capacităţii de retenţie a apei reduce posibilitatea de producere a inundaţiilor care apar după ploile puternice şi asigură o cedare lentă a acesteia, în zile sau săptămâni după ploaie. Atunci cand vegetaţia este degradată, rata de eroziune a solurilor şi chiar alunecările de teren cresc rapid, reducând substanţial valoarea terenurilor. Mai mult, particulele de sol ajunse în apă pot elimina animalele de apă dulce, viaţa marină din estuare. Sedimentele reduc indicele de 151

potabilitate şi indirect posibilitatea de utilizare a apei de către comunităţile umane ce trăiesc de-a lungul râurilor. Creşterea debitului solid conduce la colmatarea accelerată a lacurilor de acumulare, la diminuarea producţiei de energie electrică sau reducerea navigabilităţii. c.) Ameliorarea climatului. La nivel local arborii modifică temperatura prin reducerea insolatiei directe şi procesul de evapotranspiratie. Efectul răcoritor diminuează utilizarea ventilatoarelor şi aparatelor de aer condiţionat, sporeşte confortul şi imbunătăţeşte productivitatea muncii. La nivel regional, evapotranspiratia asigură secvenţe ale circuitului apei în natură. Pierderea vegetaţiei din unele regiuni de pe glob a condus la reducerea, la nivel regional, a cantităţii anuale a precipitatiilor. La nivel global, creşterea plantelor este corelată cu ciclul carbonului. Diminuarea suprafetei ocupate de covorul vegetal are ca efect reducerea capacităţii de absorbtie a CO2, contribuind la creşterea concentraţiei acestui gaz în atmosferă şi mai departe la efectul de încălzire globală. d.) Depozitarea deşeurilor şi retenţia nutrienţilor. Comunităţile biologice sunt capabile să reducă şi să imobilizeze poluanţi ca metale grele, pesticide, ape uzate, care au fost introduşi în mediu prin activităţi umane. e.) Relaţiile dintre specii. Existenta multora dintre speciile vânate de oameni pentru valoarea lor economică depinde de alte specii sălbatice. Astfel, declinul unei specii sălbatice cu importanta mică pentru oameni poate determina diminuarea numărului celor vânate. O parte din animalele sălbatice vânate sunt dependente de insectele şi plantele necesare hranei. Declinul populatiilor de insecte şi al comunităţilor de plante va conduce la scăderea efectivului de animale vânate de om. Numeroase specii de plante cultivate sunt entomofile, depinzând de insecte pentru polenizare. Diseminarea multor specii specii sălbatice este dependentă de animalele care le consumă fructele. Unele din relaţiile cele mai semnificative din comunităţile biologice sunt acelea dintre speciile de plante şi microorganismele din sol care produc nutrienţii esenţiali prin descompunerea plantelor şi animalelor moarte. Creşterea lentă şi moartea arborilor din pădurile Europei poate fi atribuită, în parte, efectului ploilor acide şi poluării aerului asupra fungilor din sol. f.) Recreerea şi ecoturismul. Un scop important al activităţilor recreaţionale este acela de relaxare în natură prin intermediul unor activităţi precum drumeţia, fotografiatul, tabere ornitologice, observarea balenelor etc. Valoarea monetară a acestor activităţi, numită uneori valoarea farmecului poate fi considerabilă (circa de 800 miliarde USD/an). Ecoturismul este o industrie în rapidă dezvoltare, implicând peste 200 milioane de persoane pe an şi rulând miliarde de USD/an în lume. Vizitarea unor ţări de către această categorie de turişti şi cheltuielile făcute sunt realizate cu scopul de admira comunităţile biologice şi specii rare. Rolul ecoturismului este în particular important în multe ţări tropicale. Ecoturismul poate furniza o justificare imediată, pragmatică pentru protejarea diversităţii biologice, în mod particular atunci când activităţile pe care le presupune sunt integrate într-un plan general de management. g.)Valoarea educaţională şi ştiinţifică. Multe cărti, reviste, programe de televiziune, materiale multimedia, filme produse în scopuri educationale şi recreative sunt bazate pe teme din natură. Aceste produse educaţionale valorează probabil miliarde de dolari pe an. h.) Monitorizarea factorilor de mediu. Speciile care au sensibilităţi aparte la toxine pot servi drept sistem initial de avertizare într-un program de monitorizare a stării de sanogeneză a mediului. Unele specii pot servi ca înlocuitori ai unor echipamente de detecţie deosebit de costisitoare. Cei mai cunoscuţi indicatori sunt lichenii care cresc pe roci şi absorb substanţele chimice din ploi sau aer. O cantitate mare de substante toxice distruge lichenii, fiecare specie având un nivel distinct de toleranţă la poluarea atmosferică. Compoziţia comunităţilor de licheni dintr-un areal poate fi utilizată ca indicator biologic (biomarkeri) al nivelului de poluare a atmosferei, iar abundenţa lor poate indica arealele contaminate. Moluştele şi algele sunt de asemenea utilizate ca indicatori biologici.

152

11.2.3. Valori opţionale Valoarea optională a speciilor constă în potenţialul de a produce un beneficiu economic societăţii umane în viitor. Continua schimbare a societăţii umane generează necesităţi, deci trebuie să existe metode care să le satisfacă. Adesea solutia problemei este un animal sau o plantă necunoscută anterior. Căutarea de produse naturale noi este foarte extinsă. Entomologii caută insecte utilizabile ca agenţi biologici de control, microbiologii caută bacterii care să asiste procesele biochimice industriale, zoologii caută sa identifice specii ce pot produce proteine animale mai eficiente etc. Posibila valoare economică a speciilor este greu de precizat deoarece este bazată pe produse sau procese neimaginabile încă. Agenţiile de asigurări medicale şi companiile farmaceutice sunt angajate în eforturi mari de colectare şi prelucrare a unor plante pentru a exploata capacitatea lor de a lupta cu diverse maladii. Descoperirea unui agent anticancer în tisa pacifică (Taxus brevifolia) un arbore specific pădurilor seculare nord-americane, este unul din rezultatele recente ale acestor căutări. O altă specie cu valoare în producerea unor medicamente este arborele Ginkgo biloba care mai vegetează spontan doar în câteva localitati izolate din China. In decursul ultimilor 20 de ani, o industrie de 500 milioane de USD/an a fost dezvoltată in jurul plantatiilor de ginkgo. De asemenea s-au dezvoltat linii tehnologice în fabricile de medicamente din Europa şi Asia, care extrag din frunze un complex extrem de util în tratarea problemele de circulatie, accidente cerebrale, pierderea memoriei. Unele specii sunt evaluate aparent ca neavând valoare economică considerabilă. Dacă doar una din aceste specii devine extinctă înainte de descoperirea ei va fi o pierdere iremediabilă pentru economia globală, chiar şi în cazul în care majoritatea celorlalte specii vor fi prezervate. Diversitatea speciilor poate fi comparată cu un manual care ne explică cum ar fi posibilă menţinerea Pământului în viaţă. Pierderea unor specii este echivalentul ruperii anumitor pagini din acest manual; dacă informaţiile din paginile pierdute vor fi necesare pentru a ne salva pe noi sau o altă specie vom constata prea târziu că informaţiile dispărute sunt de neînlocuit. Niciodată nu vom face prea mult pentru a salva specii sau ecosisteme, niciodată nu putem spune că o specie este importantă sau nu. Practic nu avem cum să ne dăm seama de dimensiunea dezastrului pe care îl poate declanşa pierderea unei specii. 11.2.4. Valoarea existenţială Foarte mulţi oameni din lumea întreagă au grijă de animalele salbatice şi sunt preocupati protecţia lor. Acest lucru poate fi asociat cu dorinţa că într-o zi putem vizita habitatul unei specii şi chiar să o observăm în sălbăticie. Câteva specii, denumite megafauna charismatică, ca panda, leii, elefantii, bizonii şi numeroase păsări evidenţiază răspunsuri emoţionale din partea oamenilor. Aceştia valorifică emoţiile trăite în mod direct bucurându-se şi contribuind cu bani în susţinerea organizaţiilor de mediu, care la rândul lor participă la protecţia acestor specii şi habitatelor lor. Populatia şi organizaţiile guvernamentale şi neguvernamentale contribuie anual cu sume de ordinul a miliardelor de dolari la protejarea diversităţii biologice, îndeosebi în tările dezvoltate. Aceste sume se regăsesc în valoarea existenţială a speciilor sălbatice şi comunităţilor biologice, reprezentând de fapt fondurile pe care oamenii sunt dispuşi să le plătească pentru a preveni extincţia speciilor şi distrugerea habitatelor. In concluzie, economia ecologică ajută la punerea in evidenţă a unei game largi de bunuri şi servicii produse de diversitatea biologică. Acest lucru a permis cercetătorilor să evalueze mai corect proiectele, cuantificând şi impactele asupra mediului, variabile care înainte erau scoase din ecuaţie.

11.3. Tipuri de biodiversitate Nivelurile la care este şi trebuie abordată diversitatea sunt sunt următoarele: A.) Biodiversitatea genetică (intraspecifică) reprezintă variabilitatea genotipurilor şi 153

genofondului din interiorul populaţiilor unei specii, pe întregul său areal de răspândire Omul este şi un creator de biodiverstiate, nu numai un factor de erodare a acesteia. De-a lungul timpului, cel mai adesea prin metode empirice, comunităţile umane au obţinut un număr impresionant de soiuri tradiţionale sau locale, precum şi de rase; B.) Biodiversitatea specifică (interspecifică) cuprinde totalitatea speciilor aflate într-un anumit biotop, o anumită regiune, ţară ş.a.m.d, privite şi prin prisma importanţei biogeografice, a efectivelor populaţiilor si a suprafeţelor ocupate de acestea. Mulţi autori apreciază că noi cunoaştem aproximativ 13% din biodiversitatea Terrei. Numărul probabil de specii pe Glob este de circa 13.600.000 iar numărul de specii descrise de circa 1.800.000. Dispariţia sau extincţia speciilor şi grupelor de organisme este un proces mult discutat în ultima jumătate de secol. Caracterul acestui proces este alarmant întrucât, de la o rată naturală a extincţiilor de o specie/4 ani s-a ajuns una-două specii/ zi. Cauzele principale constau, în esenţă, în supraexploatarea speciilor, supraexploatarea şi deteriorarea habitatelor şi în explozia procesului de poluare artificială, cu toate efectele sale asupra organismelor şi asupra climatului general. C.) Biodiversitatea ecologică (a ecosistemelor) priveşte mozaicul realizat de diversele comunităţi de organisme, integrate într-un anumit biotop, dar şi complexul de relaţii funcţionale care guvernează ecosistemele prezente. Acest tip de biodiversitate este, în mod cert, cel mai puţin studiat, întrucât el nu priveşte numai tipul de ecosistem şi structura sa specifică, ci mai ales bogăţia şi lungimea lanţurilor şi reţelelor trofice, modul în care se realizează circulaţia materiei şi energiei, precum şi evaluarea capacităţii de producţie şi de suport a fiecărui tip de ecosistem în parte. Cauza acestei situaţii este reprezentată de complexitatea unor astfel de cercetări. D.) Biodiversitatea culturală se consideră că toate practicile, tradiţiile şi creaţiile umane, care au ca obiect ori ca bază de inspiraţie componente ale viului, în toată complexitatea sa. Prin aceste practici şi tradiţii, omul a reuşit să creeze biodiversitate (specii hibride, varietăţi, soiuri şi rase) ori să conserve anumite fragmente din ecosistemele apropiate sufletului unei anumite comunităţi umane şi într-o anumită perioadă a dezvoltării societăţii. In toate regiunile Globului, de-a lungul secolelor, populaţia umană şi-a construit aşezări şi şi-a dezvoltat un anumit sistem agro-silvo-pastoral care a ajuns la un anumit echilibru cu ambianţa ecologică în care se practica. În acelaşi timp, s-au consolidat o serie de tradiţii populare, de ritualuri păgâne sau creştine, multe având ca „actori" elemente din mediul înconjurător. De la aceste practici s-au dezvoltat şi atitudini (protective ori distructive) faţă de ambianţa ecologică. Eliminarea acestor practici şi tradiţii a dus şi duce, implicit, la dispariţia factorilor care au menţinut o anumită specie, un anumit tip de habitat în spaţiul comunităţii respective. Pentru conservarea primelor trei categorii de biodiversitate, asocierea şi utilizarea unora dintre aceste tradiţii culturale reprezintă una dintre modalităţile cele mai sigure şi mai economicoase. Multe dintre eşecurile ecologice au la bază tocmai schimbarea unor tradiţii seculare cu tehnologii importate, străine populaţiei băştinaşe (agricultura intensivă în regiunile tropicale este unul din exemplele tipice în acest sens).

11.4. Conservarea biodiversităţii 11.4.1. Consideraţii generale Astăzi (în plin Deceniu ONU pentru combaterea sărăciei: 1997-2006), circa 1,3 miliarde de oameni trăiesc într-o sărăcie absolută, 40 de milioane mor anual de boli cauzate de foame, despăduririle au un ritm mediu anual de circa 2%, urbanizarea a reunit deja 50% din populaţia Terrei, iar 5-14% dintre speciile diverselor grupe de organisme sunt puternic ameninţate etc. Problema apei devine una globală. Unii specialişti sunt de părere că „Omenirea va muri de sete înainte să moară de foame". Afirmaţia se bazează pe faptul că, în deceniul trecut, peste 1 miliard de oameni nu aveau acces la apă potabilă, iar circa 10 milioane mureau anual din cauza bolilor generate de lipsa acesteia. În aceste condiţii este necesară folosirea oricăror modalităţi care ar fi în măsură să asigure conservarea biodiversităţii în ansamblul ei ori a unor specii puternic ameninţate cu dispariţia, 154

pentru că noi nu putem prevedea care specie este cheie într-un ecosistem. 11.4.2. Conservarea „in situ" Singura posibilitate reală de a proteja speciile periclitate cu dispariţia rămâne încercarea de a conserva comunităţile biologice şi ecosistemele din care fac parte. Conservarea „in situ" rămâne, aşadar, soluţia optimă, ideală pentru strategia conservativă. Ea reprezintă modalitatea principală atât în munca protecţioniştilor, cât şi în concepţia dezvoltării durabile. În acest sens, dacă analizăm simbolicul triunghi al dezvoltării durabile (fig. 16), putem constata că echilibrul şi evoluţia, raţiunea şi eficacitatea se află sub influenţa polului

Fig. 75. Triunghiul dezvoltării durabile (Harribey, 1998)

ecologic, în timp ce polul economic şi cu cel social produc dezechilibre şi pierderi. a.) Categorii sozologice de specii Multă vreme, naturaliştii au luat în considerare acele specii care erau rare, ori prezentau o valoare biogeografică deosebită, chiar şi una sentimentală. Aşa s-au declarat „monumente ale naturii", aşa s-au constituit rezervaţiile ştiinţifice şi naturale şi, tot aşa, s-au elaborat primele „liste roşii” sau „cărţi roşii” şi s-a născut sozologia - ştiinţă a conservării biodiversităţii. Pe plan mondial, la ora actuala sunt stabilite următoarele categorii sozologice de specii, alături de liste ale speciilor vegetale şi animale care necesită o protecţie strictă: - specii dispărute; - specii în mare pericol; - specii ameninţate; - specii vulnerabile; - specii rare; - specii potenţial ameninţate; - specii ale căror statut nu este încă elucidat; - specii fără interes pentru lista roşie; - specii sau taxoni neevaluaţi. b. Categorii de arii protejate Pe plan mondial există 10 categorii de arii protejate (conform clasificării făcute de Uniunea Internaţională pentru Conservarea Naturii - IUCN): rezervaţii ştiintifice sau rezervaţii integrate, parcuri naţionale, monumente ale naturii, rezervaţii de conservare a naturii, peisaje marine sau terestre protejate, rezervaţii de resurse naturale, regiuni biologice naturale şi rezervaţii 155

antropologice, regiuni naturale amenajate petru utilizari multiple, rezervaţii ale biosferei. La aceste zece categorii IUCN a mai admis o categorie specială numită RAMSAR sau zone umede de importanţă internaţională (mlaştini, păduri de mangrove, delte etc.). De la noi din ţară, în această categorie este inclusă doar Delta Dunării. În ţara noastră mişcarea de ocrotire a mediului are deja o tradiţie de circa un secol. În continuare vor fi punctate siturile conservate la noi. 1.) Rezervaţiile ştiinţifice sau rezervaţiile naturale integrate în care nu se intervine în nici un fel în desfăşurarea proceselor naturale, scopul urmărit fiind de conservare şi studiere a speciilor. Ele aparţin statului şi sunt supuse controlului şi protecţiei acestuia. Sunt arii “total închise”. La noi în ţară, ariile protejate din această categorie sunt reprezentate de Parcul Naţional Retezat, Delta Dunării şi Parcul Rodna. 2.) Parcurile naţionale includ suprafeţe mari de uscat sau/şi ape, în cadrul cărora ecosistemele se află într-un stadiu natural şi cvasinatural şi care cuprind una sau mai multe arii cu statut rezervaţie integrală. În aceste arii sunt excluse exploatările economice, iar vizitarea lor este autorizată în scopuri educative, de recreere sau culturale. Uneori, pe aceste suprafeţe sunt admise mici aşezări. În România există 11 parcuri naţionale (Delta Dunării care îndeplineşte condiţiile unui parc naţional, Domogled-Valea Cernei, Retezat, Munţii Rodnei, Ceahlău, Călimani, Piatra Craiului etc. 3.) Monumente ale naturii sunt incluse elemente naturale unice (peşteri, situri arheologice, suprafeţe cu o anumită floră şi faună), de o valoare excepţională, care sunt protejate. Acestea sunt reprezentate de peşteri, vulcani, dune, zone sălbatice împădurite etc. Ele sunt accesibile publicului dar trebuie atent gestionate. 4.) Rezervaţii de conservare a naturii. (rezervaţii naturale dirijate) sunt anumite suprafeţe de teren, care permit menţinerea în stare bună a faunei sedentare sau migratorii şi a florei. În aceste areale se poate interveni pentru asigurarea condiţiilor de trai pentru speciile protejate. Exemple: Poiana Narciselor de la Făgăraş, rezervaţia Scăriţa-Belioara etc. 5.) Parcurile naturale în sunt în număr de 6 dintre care amintim: Porţile de Fier, Apuseni, Bucegi. 6. Rezervaţii ale biosferei constituie areale protejate pe plan internaţional, prin intermediul lor fiind demonstrată valoarea principiilor de conservare a a umanităţii. Aici se realizează cercetări fundamentale şi are loc monitorizarea întregii activităţi din biosferă. În rezervaţiile biosferei, pe lângă cercetare şi supraveghere, se desfăşoară acţiuni complexe de educaţie, formare şi demonstraţie. Rezervaţiile biosferei au luat naştere prin programul UNESCO încă din 1984 (cuprinde peste 300 de teritorii). Statutul acesta a fost acordat şi Deltei Dunării, din anul 1992. 7. Bunuri de patrimoniu internaţional au fost desemnate o serie de obiective naturale, istorice, culturale etc. din toată lumea. La noi în ţară amintim: mănăstirile din Bucovina, Mănăstirea Hurezi, Delta Dunării etc. 11.4.3. Conservarea „ex situ" Procesul de conservare ex situ poate fi considerat ca un complex de variate măsuri complementare, dezvoltarea într-o altfel de ambianţă ecologică decât cea caracteristică unităţii ţintă, în scopul refacerii perpetuării populaţiilor unor specii amninţate sau ale unor soiuri şi rase. În cadrul acestui sistem de conservare, distingem: a.) colecţii tematice, care pot fi: - colecţii de lucru (constituite pe durata experimentelor) - colecţii bază (pentru conservarea pe termen lung). Constituirea acestor colecţii şi păstrarea lor, necesită un volum mare de muncă şi consumuri energetice sporite. b.) băncile de gene (sau conservatoarele de germoplasmă) reunesc seminţe de fructe, culturi in vitro şi embrioni care, după o corectă identificare şi codificare sunt păstrate în condiţii de 156

temperaturi scăzute (criostocare), fiind necesară o reînnoire a materialului biologic după un anumit timp. În cadrul acestor bănci de gene, se disting colecţii cu materiale ortodoxe (care se pot deshidrata uşor şi rezistă la temperaturi între 0-20˚C), colecţii de materiale recalcitrante (care nu rezistă la temperaturi scăzute) şi colecţii cu materiale liofilizate (care pot fi păstrate numai după o prealabilă deshidratare în vid). Embrionii şi unele plantule obţinute prin culturi in vitro se pot conserva prin criostocare fie pe termen lung (la -196˚C), fie pe termen scurt (la -70....-100˚C), fie temporar (la 1-9˚C). c.) conservare in situ, în ciuda denumirii, aparţin tot conservării „ex situ” şi se referă la soiuri de plante şi rase de animale, mai ales din categoria celor tradiţionale, care nu mai sunt utilizate pe scară largă. Astfel există conservatoare de tip livezi, conservatoare de cereale, conservatoare de legume, conservatoare de rase etc. Aceste conservatoare sunt concepute pe regiuni biogeografice, aspect care face să se reducă costurile implicate. Un astfel de conservator poate fi considerat şi cel de la Staţiunea de Cercetare şi Producţie Pomicolă Cluj, unde colecţia cuprinde 963 soiuri, din care 378 soiuri de păr, 84 soiuri de măr, 160 căpşuni şi 53 de cireş. Uniformizarea agriculturii şi zootehniei înseamnă pierderea unei mari părţi a biodiversităţii şi un pericol, petru supravieţuirea umanităţii. Reamitim ca în Irlanda, foametea din 1846-1847 a fost cauzată în primul rând de existenţa în culturi a unui singur soi de cartof (autohton) şi numai apoi datorită manei, favorizată de condiţiile climatice. d). grădiniile botanice şi grădiniile zoologice sunt şi vor rămâne importante instituţii de conservare ex situ a biodiversităţii, rol care va deveni, în viitor unul la fel de important ca şi cel educaţional. Naturalisţiilor, agronomilor si zootehniştilor le revine o importantă acţiune de conservare „ex-situ”, pe lângă rolul primordial al conservării in situ. Direcţii şi stategii de conservare care se impun în ţara noastra : - identificarea localităţiilor în care supravieţuiesc specii, soiuri cu un grad ridicat de vulnerabilitate; - descifrarea structurii genetice a acestor populaţii, prin tehnici moleculare; - studierea biologiei şi ecologiei acestor taxoni (specii, biospecii, soiuri, rase) cu sublinierea rolului pe care-l joacă în funcţionarea ecosistemelor ori a valorii economice în perpectivă; - contituirea formelor şi modalităţilor de conservare „ex-situ” cu respectarea metodologiei internaţionale; - declanşarea experimentelor de refacere a populaţiilor naturale; - implicarea, pe cât posibil şi a populaţiei umane în acţiunea de conservare in situ mai cu seamă pentru acesi taxoni care au valenţe decorative, sentimentale ori reprezintă urme ale culturii tradiţionale - dezvoltarea unor programe naţionale şi internaţionale cu participarea universităţiilor grădinilor botanice şi zoologice, staţiunilor de cercetări agricole ori horticole a celor silvice şi chiar a muzeelor etnografice. Activitatea de conservare „ex situ” reprezintă o alternativă a lumii contemporane. Este tot mai evident că problemele sociale, ecologice şi economice sunt interdependente şi că, angajându-se în această muncă, ne îndeplinim o datorie faţă de generaţiile care vor urma. 11.4.4. Conservarea agrobiodiversității Diversitatea genetică (intraspecifică) se referă la variabilitatea existentă în interiorul populațiilor unei specii. Acest tip de diversitate nu include numai populațiile de plante spontane sau animale sălbatice ci și soiurile de plante cultivate și rasele de animale domestice. Omul este așadar și un creator de biodiversitate, nu numai factor de eroziune genetică (reducerea diversității genetice și, prin aceasta, pierderea unor gene sau combinații de gene). Conform datelor furnizate de Mackay (2003), de-a lungul timpului, la cartof au fost create 4.000 de soiuri, la măr 3.000, la orez circa 2.000 etc.. Același autor a evaluat numărul raselor de animale la circa 1.490 la ovine, 1.470 la bovine, 800 la câini și porumbei, 730 la 157

găini, 650 la porcine, 600 la caprine etc.. Variabilitatea genetică redusă la plantele de cultură poate să conducă, adeseori, la compromiterea totală sau parţială a producţiei agricole şi chiar la pierderea unor specii. Unul dintre exemplele rămase în istorie este cel al cartofului (Solanum tuberosum) din Irlanda, de la jumătatea secolului al XIX-lea. Rezistenţa genetică a celor două-trei soiuri cultivate a fost învinsă de o rasă fiziologică de mană (Phytopthora infestans) foarte virulentă şi astfel, producţia de cartof a fost distrusă aproape în totalitate, timp de trei ani consecutivi. Consecinţele acestei vulnerabilităţi genetice ridicate s-au concretizat în moartea a peste 1,5 milioane de irlandezi şi în emigrarea altor 2-3 milioane în alte ţări, cartoful fiind un aliment de bază în această țară. La fel s-a întâmplat în URSS cu cartoful (1922), cu citricele în Florida (1984) şi exemplele pot continua [Primack și colab., 2002]. Riscul eşecului culturilor poate fi minimizat prin utilizarea în cultură a cât mai multe soiuri şi varietăţi. Uniformitatea ridicată înseamnă vulnerabilitate mare, iar diversitatea bogată înseamnă vulnerabilitate mică. Varietăţile locale deţin în mod frecvent gene unice de rezistenţă la boli, dăunători, secete şi alţi factori de stres biotici şi abiotici. Odată cu apariţia Revoluţiei verzi din anii ’60, tot mai mulţi fermieri din întreaga lume au început să abandoneze formele de agricultură tradiţională, precum şi soiurile vechi şi populaţiile locale de plante de cultură, în favoarea soiurilor moderne. Cultivarea acestor soiuri le permitea atât creşterea productivităţii cât şi promovarea tehnologiilor intensive şi superintensive de cultură. Agricultura industrializată a însemnat însă şi pierderea a numeroase soiuri tradiţionale şi varietăţi locale de plante de cultură. Recoltele superioare asigurate de soiurile moderne sunt benefice pe termen scurt, pentru agricultori, însă durabilitatea agriculturii depinde de prezervarea variabilităţii genetice reprezentată de varietăţile locale [Cleveland și colab., 1994]. Extinderea agriculturii organice din ultimii ani cât şi preferinţa tot mai mare a consumatorilor pentru produsele ecologice au crescut interesul agricultorilor pentru soiurile vechi şi varietăţile locale, deoarece acestea răspund cel mai bine sistemelor de agricultură cu input-uri mici [Chable, 2005; Micheloni, 2004, Lammerts van Bueren și colab., 2002]. Semnalele de alarmă tot mai numeroase, venite din partea oamenilor de ştiinţă, cu privire la reducerea diversităţii specifice şi intraspecifice, au condus la o serie de decizii ale forurilor internaţionale şi europene în această direcție. Momentul de răscruce pentru conservarea biodiversităţii este Conferinţa Naţiunilor Unite pentru Mediu şi Dezvoltare de la Rio de Janeiro (1992) unde a fost adoptată Convenţia asupra biodiversităţii [Cristea and Denaeyer, 2004]. Conferința de la Rio a marcat includerea bioconservării în problematica mediului. Pentru conservarea agrobiodiversităţii cel mai important document este Directiva 98/95 CEE, în care se menționează importanța conservării resurselor genetice și necesitatea introducerii în fiecare țară a bazei legale pentru conservarea in situ a soiurilor traditionale. Prevederile acestei directive dau posibilitatea înregistrării varietăţilor locale de plante de cultură în Catalogul Comun. Bioagricultorii şi marile asociaţii şi confederaţii ale micilor fermieri din ţările occidentale (Semences paysannes, Nature at Progres, Confederation paysanne, Les Semences de Kokopelli etc.) consideră însă prea restrictive unele prevederi din această directivă şi propun adaptarea sau chiar eliminarea acestora. Ei consideră incorectă aplicarea criteriilor DUS (Distincție, Uniformitate și Stabilitate) la varietăţile locale, în special cele referitoare la uniformitate şi stabilitate. Ei argumentează că destinaţia principală a acestor varietăţi este agricultura organică, iar consumatorii produselor ecologice nu sunt interesaţi de standardizarea calităţii ca în producţia de masă [Zaharia and Kastler, 2003; Negri, 2005]. În baza acestei directive, Franţa a făcut o anexă la catalogul naţional pentru varietăţile locale. În anul 2001, este semnat Tratatul Internaţional privind Resursele Genetice ale Plantelor pentru Alimentaţie şi Agricultură. Mai recent, în anul 2005, Uniunea Europeană a adoptat o directivă ce deschide posibilitatea separării listelor (soiuri omologate – varietăţi 158

locale), în vederea protejării cât mai eficiente a tuturor resurselor vegetale. Prezervarea diversității la plantele de cultură se poate face ex situ și in situ. Conservarea ex situ se face în bănci de gene (semințe), colecții de lucru și biodepozitare, iar conservarea in situ (on farm) se face în teren, în zonele în care au fost obținute soiurile respective. Activitatea băncilor de gene se bazează pe colectarea semințelor de la diferite populații locale de plante de cultură și depozitarea lor în spații închise (frigidere și congelatoare), în condiții de temperatură și umiditate reduse, pentru a împiedica germinarea lor o perioadă de timp. Această modalitate de prezervare, deși este considerată esențială pentru protejarea resurselor genetice vegetale, prezintă unele dezavantaje: riscul pierderii colecției de semințe congelate, în cazul întreruperii furnizării energiei electrice sau defectării echipamentelor; pierderea capacității de germinare a semințelor chiar și în condițiile păstrării la rece; apariția de mutații dăunătoare; necesitatea reîntineririi mostrelor de semințe la intervale regulate de timp. Conservarea in situ rămâne cel mai eficient mod de conservare a diversității agricole, deoarece plantele și animalele sunt adaptate mediului local. De exemplu, o varietate locală de tomate obținută și cultivată în condițiile vitrege ale Munților Apuseni va da rezultate superioare majorității soiurilor omologate și se va preta mult mai bine unei tehnologii ecologice. România dispune încă de o varietate foarte mare de soiuri vechi şi varietăţi locale, mai ales în zonele rămase necooperativizate înainte de anul 1989 şi în satele izolate, cu populaţie îmbătrânită. Acestea riscă însă să se piardă definitiv, dacă nu se iau măsuri corespunzătoare pentru identificarea şi conservarea lor [Maxim, 2007]. În România, singura instituţie cu preocupări constante şi susţinute în conservarea resurselor genetice vegetale este Banca de Gene de la Suceava (BGS) care deţine 13.961 probe, dar majoritatea aparţin la 11 specii de plante de cultură. Deoarece seminţele de legume sunt destul de slab reprezentate în BGS, la Universitatea de Stiinţe Agricole şi Medicină Veterinară Cluj-Napoca au fost iniţiate o serie de investigaţii privind producătorii de seminţe tradiţionale din diferite judeţe ale ţării şi colectarea de seminţe de legume (fig. 73). După caracterizarea și evaluarea primară şi evaluarea secundară a acestor varietăţi locale, seminţele vor ajunge să fie conservate atât în BGS cât şi în microbanca de gene care se va înfiinţa la USAMV Cluj-Napoca. Varietăţile valoroase, care se pretează pentru sistemul ecologic de cultură vor fi popularizate şi recomandate celor interesaţi [Maxim și colab., 2007]. Caracterizarea și evaluarea primară și evaluarea secundară a varietăților locale se face cu ajutorul descriptorilor (descriptori de caracterizare – evaluare primară; descriptori de evaluare – evaluare secundară) elaborați de Institutul Internațional de Resurse Genetice Vegetale (IPGRI).

Fig. 73. Câmp experimental cu varietăți locale de morcov (Daucus carota) la USAMV Cluj-Napoca (2007) [Foto: Ruxandra PAPP] 159

Caracterizarea și evaluarea primară constă în caracterizarea morfologică și agronomică a varietăților luate în studiu. Aceasta ajută la individualizarea unei probe și la descrierea identității sale genetice, realizându-se în parcelele de regenerare (specii autogame) sau în parcele separate (specii alogame). Descriptorii de caracterizare sunt capabili să realizeze o diferentiere rapidă si ușoară între fenotipuri. Conțin informații generale referitoare la caracterele ereditare, independente de factorii de mediu. Suplimentar, acești descriptori pot include și alte caractere cerute de potențialii utilizatori. De exemplu, la morcov (Daucus carota), evaluarea primară presupune obținerea următoarelor informații: în anul I – procentul de răsărire, numărul frunzulițelor ascuțite la cea mai de jos frunzuliță, grosimea pețiolului (în momentul în care foliajul este matur), forma pețiolului în secțiune transversală, colorația antocianică a pețiolului (în interiorul acestuia), pubescența pețiolului, numărul de frunze mature per plantă, lățimea frunzei mature (cm) – la cel mai lat punct, felul de creștere a frunzei, pubescența frunzei, tipul frunzei, disecția frunzei, culoarea frunzei, intensitatea culorii, acoperirea foliajului (gradul de acoperire al pământului, observată în momentul dezvoltării totale a foliajului), lățimea foliajului (coroana) când e dezvoltat complet foliajul; caracteristicile rădăcinilor externe (cortex) - dimensiunea rădăcinii în creștere, poziția rădăcinii in sol (la maturitate), axul rădăcinii, creșterea rădăcinii laterale (secundară), ieșirea rădăcinilor laterale de pe rădăcina cărnoasă, lungimea rădăcinii, diametrul rădăcinii (la cel mai lat punct), diametrul miezului rădăcinii față de diametrul total, proporția dintre lungime si diametrul rădăcinii, diametrul rădăcinii la umăr (mm), greutatea rădăcinii, suprafața rădăcinii, ramificația rădăcinii, tendința de rupere a rădăcinii în condiții nefavorabile, secțiune longitudinală, forma rădăcinii în creștere, forma umărului rădăcinii, extinderea culorii verzi pe umăr, extinderea culorii roșii pe pieliță și umăr, felul de grupare a rădăcinilor, țuguirea rădăcinii, vârful rădăcinii, culoarea rădăcinii (pigmentarea pieliței); caracteristicile miezului rădăcinii (fig. 74) - diametrul miezului exterior la umăr, grosimea miezului extern în zona umărului, omogenitatea colorației rădăcinii, culoarea albă în miezul exterior, culoarea/pigmentația miezului extern, diametrul miezului extern la umăr (mm) la cel mai lat punct, pigmentația miezului interior (se observă la diametrul maxim), colorația verde în interior și la vârf;

Fig. 74. Varietate locală de morcov din localitatea Crasna județul Sălaj, luată în studiu la USAMV Cluj-Napoca [Foto: Ruxandra PAPP]

pielița (coaja), miezul interior plus cel exterior combinat - culoarea distribuită în secțiune transversală, omogenitatea culorii în lungimea rădăcinii, intensitatea culorii, culoarea verde la umăr; înflorirea - longevitatea, numărul de zile până la înflorire, sincronizarea înfloririi printre plante, tipul înfloririi printre plante (determinat sau nedeterminat); inflorescența tipul umbelei, numărul de umbele per plantă, dimensiunea umbelei primare deschise, numărul de frunze mai jos de umbela primară, forma umbelei (când e complet dezvoltată), tipul ultimului involucru pe umbela principală, poziția involucrului pe umbela principală, numărul mediu de pedunculi per umbelă, diametrul mediu la pedunculii deschiși, numărul mediu de 160

pedunculi per plantă, densitatea florilor în umbelă, număr de flori per umbelă, numărul de flori hermafrodite si staminate, culoarea florii, variabilitatea culorii la flori, culoarea în centrul pedunculului, simetria florilor periferice, lățimea maximă a petalelor distale, culoarea anterelor, durata receptivității stigmatului, fertilitatea, fruct/set de semințe în umbela primară polenizată deschisă, lățimea fructului, lungimea fructului, numărul de spini pe nervurile secundare, confluența spinilor, curbarea spinilor, pubescența la baza primului spin, tulpini la fructele coapte (scurte sau lungi), timpul până la maturizarea semințelor, lățimea seminței (mm), diametrul seminței, numărul de semințe per umbelă, greutatea per 100 de semințe (mg), sfărâmarea semințelor, producția pe metru pătrat (g/m 2), culoarea semințelor la maturitate. La porumb (Zea mays) evaluarea primară include: data semănatului, lungimea paniculului (cm), numărul de ramificaţii de ordinul I (cm), numărul de ramificaţii de ordinul II (cm), culoarea stigmatelor, culoarea anterelor, înălţimea plantei (cm), înălţimea de inserţie a ştiuletelui principal (cm), diametrul maxim al tulpinii (mm), diametrul minim al tulpinii (mm), numărul total de frunze, numărul de frunze până la ştiuletele principal, lungimea frunzei de la ştiuletele principal (cm), lăţimea frunzei de la ştiuletele principal (cm), lungimea ştiuletelui (cm), lăţimea ştiuletelui (cm), numărul de rânduri de boabe, numărul de boabe pe rând, culoarea boabelor, convarietatea, lungimea bobului (mm), lăţimea bobului (mm), greutatea boabelor/ştiulete (g), masa a 1000 de boabe (g). Evaluarea secundară. Descriptorii de evaluare, în contrast cu descriptorii de caracterizare, se referă la caracterele care sunt susceptibile la factorii de mediu, dar sunt importante pentru ameliorarea plantelor. Aici sunt incluse: productivitatea, performanțele agronomice, rezistența la factorii de stres biotic si abiotic, caracterele biochimice și citologice și caracterizarea moleculară. În această etapă studiile capătă un caracter multidisciplinar, incluzând cercetări fiziologice, genetice, biochimice, patologice, citologice, taxonomice s.a. [Străjeru și colab., 2006]. Capitolul 12

ORGANISMELE MODIFICATE GENETIC 12.1. Obţinerea OGM-urilor Odată cu începutul anilor 1970, o serie de tehnici ale geniului genetic (adică manipularea directă a genelor de către om) permit extragerea unei gene din genomul unui organism şi reimplantarea ei în genomul unui alt organism, aparţinând unei alte specii sau chiar altui regn. Spre exemplu, o genă umană transferată în genomul unei bacterii, al unei unei plante sau al unui animal; o genă bacteriană transferată în genomul unei plante sau al unui animal ş.a.m.d. Acest transfer de gene este numit transgeneză pentru că el presupune traversarea (transgresia) barierelor care, până nu demult, împiedicau schimburile de gene între specii diferite, mai ales între cele aparţinând unor regnuri diferite. Gena care codifică un caracter pe care dorim să-1 transferăm unui alt organism se numeşte genă de interes, devenită în momentul transferului efectiv transgenă, iar organismul receptor va fi denumit organism transgenic. Obţinerea unui OGM implică următoarele etape principale: 1. identificarea şi pregătirea (multiplicarea) genei de interes; 2. introducerea ei (prin diverşi vectori) în celula gazdă, pentru că singură nu este capabilă să străbată membranele celulare; 3. selectarea celulelor gazdă care au integrat transgena în genomul lor; 4. obţinerea, în cazul organismelor pluricelulare, a unui nou organism pornind de la o singură celulă transgenizată; 161

5. verificarea transmiterii ereditare a caracterului codat de transgenă, la descendenţii organismului transgenic. Pentru selectarea celulelor care au integrat în genomul lor gena de interes (deci care conţin transgena) se introduce şi o genă marker, a cărei expresie fenotipică este mai uşor de verificat comparativ cu cea a genei de interes. Cele mai utilizate în acest sens sunt genele care codifică rezistenţa la un anumit antibiotic, la un anumit erbicid. Dar, pentru ca transgena să se poată exprima în genomul celulei gazdă, ea trebuie să deţină reglatori de expresie (promotor şi terminator) adaptaţi noului mediu genomic. În fapt, chiar dacă codul genetic este universal, expresia unei gene la un organism dat depinde de promotorul la care se asociază. Dacă dorim să introducem o genă bacteriană într-o plantă, trebuie să-i asociem acestei gene un promotor vegetal. O transgenă este, aşadar, mult mai mult decât o simplă genă de interes, ea este o veritabilă construcţie genetică.

12.2. Semnificaţia, pericolele şi evoluţia transgenezei Până la apariţia geniului genetic, ameliorarea plantelor şi animalelor s-a realizat prin selecţia indivizilor care prezentau caracteristici morfologice sau fiziologice interesante (apărute prin mutaţii spontane) şi prin sistemul încrucişare - selecţie a hibrizilor dintre soiurile sau rasele aceleiaşi specii. Prin suprimarea barierelor naturale ce împiedicau schimburile de gene între specii şi regnuri diferite, geniul genetic permite crearea de organisme transgenice, dotate cu proprietăţi noi, total necunoscute înainte şi într-un timp scurt (de ordinul unui deceniu), fără nici o relaţie cu ritmul multimilenar al evoluţiei fiinţelor vii. Tehnicile transgenezei conferă astfel omului puterea de a modifica patrimoniul ereditar al tuturor fiinţelor care-1 înconjoară, inclusiv al propriei sale specii. Este vorba, aşadar, de o veritabilă revoluţie biologică ! In 1973, odată cu anunţarea de către doi cercetători americani a posibilităţii transferării la Escherichia coli a genelor unui virus cancerigen (prezent la maimuţe), asistăm şi la conştientizarea pericolelor potenţiale ale geniului genetic. După un an de la această descoperire au urmat o serie de reuniuni ale oamenilor de ştiinţă de pe întregul mapamond şi s-au elaborat reglementări legale ale cercetărilor din domeniul genetic. Enormele potenţialităţi ale tehnicii transgenice au interesat şi interesează industriile pentru agricultură, pentru medicină şi farmacie ş.a. Au început să se dezvolte mici întreprinderi particulare specializate în transgeneză. Cercetările efectuate în aceste mici (dar rentabile) societăţi au contribuit din plin la creşterea cunoştinţelor în genetica moleculară, dar costul foarte mare al acestor studii a antrenat şi protecţia rezultatelor, prin brevete, pentru a asigura şi „compensaţia investiţiei". În cursa pentru brevete asistăm la o cumpărare progresivă a acestor mici firme de către marile societăţi producătoare de seminţe, foarte interesate în plante transgenice. Unele dintre ele vor fi, la rândul lor, cumpărate de către societăţi multinaţionale din domeniul agrochimiei şi farmaciei.De aici au rezultat câteva multinaţionale gigantice, cum ar fi MONSANTO, în SUA şi NOVARTIS, în Europa, fiecare dezvoltându-şi puternice echipe de cercetare. Până în prezent, aplicaţiile comerciale ale OGM-urilor privesc în principal microorganismele şi plantele din cultura mare.

12.3. Microorganisme şi animale transgenice Unul dintre primele microorganisme transgenice obţinute a fost o bacterie capabilă de a „absorbi" petrolul din mareele negre, realizare a unui cercetător indian (Chakrabarty, 1971), care lucra în acea perioadă pentru societatea „General Electric ". El a devenit celebru, nu atât pentru realizarea sa, cât pentru că a solicitat un brevet pentru aceasta, iar „afacerea Chakrabarty" a stat la 162

originea acordării primului brevet pentru un organism viu. Începând cu finele anilor 1970, interesul industriilor s-a îndreptat mai cu seamă spre microorganismele utilizate în sectoarele alimentare şi farmaceutice. Exemple: - o serie întreagă de tulpini de drojdie (aparţinând speciei Saccharomyces cerevisiae), ameliorate pentru fabricarea diverselor tipuri de pâine, bere şi vin; bacterii (în special E. coli) sintetizatoare de proteine umane, folosite în scop terapeutic: insulina, hormon de creştere, interferon. Primul animal transgenic a fost obţinut (în 1982) de către un grup de cercetători americani. Este vorba de un şoarece gigant, de două-trei ori mai mare decât cel normal, caracter generat prin transferarea în genomul său a genei ce codifică hormonul de creştere la şobolan. Acest „super-şoarece" a inspirat pe specialiştii din zootehnie, care au văzut în astfel de transgeneză un mijloc de a spori performanţele productive ale şeptelului şi peştilor. Avantaje generate de transgeneza animală: - mari progrese în descifrarea mecanismelor de dezvoltare a bolilor la om şi în obţinerea de noi medicamente şi vaccinuri, toate prin folosirea animalelor transgenice experimentale; - producerea de organe pentru transplanturi de către animalele „umanizate" va contribui la umplerea enormului deficit în organe de transplant (inclusiv la eliminarea teribilei pieţe negre cu organe umane) şi va permite salvarea unui număr mult mai mare de vieţi omeneşti; - creşterea productivităţii animalelor domestice. Întrebări şi riscuri generate de transgeneza animală: - riscul transmiterii de boli pacienţilor care au suferit o xenogrefă; - o serie de virusuri sau agenţi patogeni inactivi care, în mod normal, se găsesc în organele animalelor donatoare ar putea deveni patogeni pentru om.

12.4. Plante transgenice A.) Plantele transgenice şi noile lor proprietăţi Entuziasmul suscitat de aplicaţiile potenţiale ale transgenezei vegetale era extraordinar printre pionierii noii biotehnologii. În SUA, entuziasmul a fost cel mai mare şi, prin urmare, giganţi ai agrochimiei, ai chimiei şi farmaciei doreau să investească masiv în producerea de seminţe transgenice. Proprietăţile plantelor transgenice cultivate deja pe scară mare sunt următoarele: a) Rezistenţa la erbicide: Plantele modificate genetic au capacitatea de a continua să trăiască şi să se dezvolte în ciuda mai multor pulverizări cu o substanţă toxic-mortală, iată o performanţă extraordinară a plantelor transgenice rezistente la un erbicid total ! Acest caracter nou (dat de transferul genei Bar) şi, sub aspect biologic, cu totul surprinzător este dat de diversele tipuri de acţiuni enzimatice (enzime codificate de transgene de origine bacteriană şi, în câteva cazuri, de origine vegetală): transformarea erbicidului într-un compus netoxic (detoxificarea lui), uşoara modificare a enzimei vizate sau supraexprimarea sintezei sale, într-o astfel de manieră încât planta tratată să dispună în orice moment de cantităţi suficiente de enzime pentru a se dezvolta normal. Dar trebuie să făcută următoarea remarcă importantă: rezistenţa unei plante de tip OGM este unispecifică, adică ea nu se manifestă decât faţă de erbicidul produs de întreprinderea producătoare de seminţe transgenice. b) Rezistenţa la insecte dăunătoare Plantele care posedă această proprietate sintetizează în permanenţă, în ţesutul lor, o proteină insecticidă care duce la moartea unor insecte fitofage dăunătoare. Gena care codifică rezistenţa la insecte provine de la o bacterie din sol (Bacillus thuringiensis; pe care o vom nota în continuare Bt.), cunoscută de mult timp pentru proprietăţile insecticide şi folosită în lupta biologică (integrată) din agricultura convenţională, precum şi în silvicultură (împotriva omizilor defoliatoare). Preparatele obţinute din suşele naturale de Bt. conţin proteina insecticidă, aşa cum se prezintă ea în bacterie, adică inactivă. Numai după ingestia sa şi contactul cu sucurile digestive ale 163

dăunătorului, ea este activată şi provoacă moartea într-un timp mai lung sau mai scurt. Astfel respectiva genă a fost modificată, astfel ca să codifice proteina activă, situaţie care face ca OGM-ul să conţină o toxină mult mai rapidă şi eficace, chiar înaintea ajungerii ei în tubul digestiv al insectei. c) Rezistenţa la boli Prin transferul genei care codifică proteina capsidei virale (gena cp. - coat protein) s-au obţinut plante care rezistă la bolile generate de anumite virusuri, deoarece ea blochează propagarea virusurilor în planta transgenică. Se ştie că sinteza de către plantă a unor mici cantităţi din această proteină împiedică dezvoltarea virusurilor şi, astfel, declanşarea bolilor virale (virozelor). O serie de alte realizări privesc rezistenţa la atacul ciupercilor fitopatogene, în esenţă, prin inserţia în plante a genelor care codifică enzime capabile să distrugă pereţii ciupercilor. d) Rezistenţa la îngheţ OGM-urile rezistente la îngheţ nu se cultivă pe scară largă. Strategiile utilizate pentru a le conferi această proprietate sunt: - tratamentul culturilor de soiuri convenţionale, prin pulverizarea cu bacterii transgenice „antigel", pentru protejarea acestor culturi de îngheţurile târzii. - inserţia unor gene provenind de la peştii din apele reci, cum ar fi spre exemplu o genă de Hippoglossus hippoglossus (peşte din Marea Nordului) transferată la căpşuni. e.) Maturarea întârziată O astfel de însuşire a fost conferită, pentru prima dată, unei legume de importanţă economică mondială: tomatele. Şi în acest caz sunt utilizate două metode principale: - inserţia unei gene care blochează galacturonaza, enzimă responsabilă de înmuierea fructelor; - blocarea sintezei hormonului de maturare, acest ultim proces (cel de maturare) fiind apoi declanşat prin tratamentul cu etilenă, înaintea punerii pe piaţă a tomatelor transgenice. Cele mai recente cercetări vizează obţinerea de soiuri bogate în elemente nutritive, cu un spectru nutriţional mai echilibrat. B.) Avantajele plantelor transgenice, prezentate de producătorii şi apărătorii lor a.) Pentru amelioratori Creşterea eficacităţii în ameliorarea plantelor. Tehnicile transgenezei sunt mult mai precise şi mult mai rapide, întrucât ele privesc doar gena (sau genele) de interes, pe când tehnicile clasice de hibridare folosesc genomurile parentale în totalitatea lor, fiind deseori necesare retro-încrucişări pentru a se accentua manifestarea unei gene parentale ori pentru eliminarea efectelor secundare nedorite. b.) Pentru agricultori În primul rând, se simplifică procesul de combatere a buruienilor, prin eliminarea utilizării erbicidelor administrate în perioada pre-emergentă şi în perioada de vegetaţie, folosinduse doar un singur erbicid total. Apoi, graţie organismelor nou obţinute şi rezistente la boli şi dăunători, sunt eliminate insecticidele şi fungicidele folosite curent în sistemul convenţional. În ciuda preţurilor mari ale OGM-urilor, cresc randamentul şi beneficiul realizate de culturile transgenice, pe de o parte prin eliminarea concurenţei buruienilor, a agenţilor patogeni şi a insectelor, iar pe de altă parte prin renunţarea la consumul energetic necesar administrării pesticidelor. c.) Pentru industriaşi Prin noile calităţi deţinute de plantele transgenice, se ameliorează şi procesele de prelucrare industrială: amidon modificat, lemn sărăcit în lignină (fabricarea pastei pentru hârtie devine mai puţin poluantă), bioplasticele, obţinerea mai uşoară a proteinelor umane cu scop terapeutic etc. d..) Pentru consumatori Depozitarea şi păstrarea fructelor cu maturizare tardivă se realizează mai uşor şi cu pierderi minime. e.) Pentru mediul înconjurător şi pentru viitorul umanităţii Se apreciază o reducere a poluării ecosistemelor prin pesticide. În plus, are loc o 164

creştere a producţiei agricole, iar, într-un viitor apropiat, se speră că va fi eliminată foametea în lume (prin extinderea suprafeţelor cultivate cu OGM-uri rezistente la salinitate, la secetă, la aciditatea crescută a solului, la temperaturi mai scăzute etc). C.) Riscurile legate de cultura plantelor transgenice Anumiţi oameni de ştiinţă pun la îndoială superioritatea tehnicilor de transgeneză actuală faţă de tehnicile de hibridare - selecţie folosite până în prezent, amintind caracterul aleatoriu al localizării transgenelor în genomul celulelor gazdă. Transmiterea şi împerechierile naturale ale cromozomilor se fac după legi mult mai precise decât inserţia unei transgene. Opozanţii OGM-urilor consideră că principalii beneficiari ai acestor organisme sunt producătorii de seminţe. În primul rând, prin brevetarea fiecărui soi transgenic se asigură o revenire a unei bune părţi din investiţie, apoi, prin interzicerea agricultorului de a folosi o parte a recoltei sale drept sămânţă, se garantează producătorului de seminţe-OGM o vânzare anuală sigură (o piaţă de desfacere asigurată). În ceea ce priveşte ideea dezvoltării unei agriculturi transgenice mondiale pentru a hrăni omenirea se ştie că foametea în lume este, înainte de toate, o problemă de acces la hrană, lucru generat de conflictele locale şi/ sau internaţionale, de sistemele politice, de epuizarea solurilor sau, de accesul la pământ. Superproducţiile agricole realizate în sistemul convenţional nu se datorează OGM-urilor, doar repartizarea globală a acestor producţii obţinute este deficitară! a.) Riscuri legate de tehnicile actuale ale transgenezei vegetale - Efecte secundare nedorite. Prima „versiune" a tomatei cu maturare întârziată era făinoasă, cu gust metalic şi suportă greu transportul, căci pieliţa sa era fragilă, motive pentru care consumatorii americani au refuzat-o. - „Slăbiciuni" în expresia transgenelor. În SUA, în 1996, culturile comerciale de bumbac-OGM au fost devastate în proporţie de 60% de către insectele la care aceste plante erau socotite ca fiind rezistente. Unii au atribuit acest eşec verii calde din acel an care, pe de o parte a favorizat fecunditatea insectelor, iar pe de altă parte a diminuat capacitatea bumbaculuiOGM să sintetizeze proteina-insecticid. b.) Riscuri ambientale - Limitele evaluării riscurilor prin culturi experimentale. Culturile experimentale efectuate în 15 ţări, înaintea primelor culturi comerciale de OGM-uri, nu au urmărit şi nu au furnizat niciodată informaţii privind eventualul impact asupra mediului înconjurător. De fapt, scopul principal al acestor culturi experimentale era de a se asigura mai bine „securitatea biologică" a plantelor testate, adică optimizarea condiţiilor de expresie şi conservare a transgenelor. Nici un studiu serios de impact ambiental nu s-a făcut înaintea trecerii în cultura la scară mare a primelor OGM-uri: dacă se încrucişează specii înrudite, dacă au influenţă asupra insectelor polenizatoare, dacă influenţează microorganismele din sol etc. c.) Riscuri privind diseminarea de polen transgenic - Încrucişări între plante transgenice şi plante spontane înrudite. Apariţia unor buruieni rezistente la erbicidele totale. De exemplu, practicând o monocultură de rapiţă transgenică, rezistentă la un erbicid determinat, se riscă, accelerarea selecţiei de buruieni hibride, rezistente la acelaşi erbicid. În caz de rotaţie a culturilor cu specii non-transgenice, practica obişnuită de erbicidare înaintea semănării va fi ineficace dacă erbicidul total utilizat va fi acelaşi la care rapiţa transgenică era rezistentă, deoarece plantele de rapiţă-OGM vor rezista şi vor deveni buruieni în noua cultură. Iar pentru a le distruge va trebui folosit un alt erbicid total, deci investiţii suplimentare. Posibila apariţie a unor buruieni rezistente la erbicide nu este negată de producătorii de OGM-uri, care au în vedere remedierea prin producerea de noi erbicide şi de noi OGM-uri rezistente la acestea. Aşadar, din nou, alte investiţii şi alte riscuri. - Încrucişări între varietăţi transgenice şi convenţionale ale aceleiaşi specii. De exemplu, polenul de rapiţă poate ajunge până la câţiva km, cel de porumb (specie anemofilă) ar putea ajunge la zeci de km etc. Pericolul hibridărilor cu porumb-Bt. (la care s-a 165

transferat o genă modificată de Baccilus thuringiensis) a fost puternic denunţat în Franţa, chiar de la începutul autorizării primelor culturi. În ceea ce-i priveşte pe agricultorii care practică agricultura biologică, apare pericolul imposibilităţii de a garanta că porumbul lor este lipsit de OGM-uri, existând riscul hibridizărilor cu porumbul transgenic. Astfel, în anul 2000 au fost descoperite seminţe de rapiţă transgenică rezistentă la un erbicid total. Aceeaşi situaţie s-a găsit şi la soia, deşi au fost respectate reglementările privind distanţa dintre culturile convenţionale şi cele transgenice. Aceeaşi situaţie a fost descoperită şi la porumb, în vara anului 2000, în Franţa, pe 4500 ha. Urmare a acestor accidente şi după lungi discuţii şi dezbateri, guvernul francez a decis distrugerea culturilor de rapiţă şi soia poluate cu organisme transgenice, dar s-au menţinut culturile de porumb datorită proporţiei foarte reduse (2/1.000) a seminţelor transgenice. În iulie 2001, Agenţia Franceză de Securitate Sanitară (AFSS) sublinia că 41% din eşantioanele de porumb prelevate din culturile convenţionale conţineau secvenţe de OGM-uri. Sunt foarte posibile trei piste: polenizarea provenită din culturile experimentale învecinate (în Franţa au fost autorizate 12 soiuri transgenice), polenizarea din culturile transgenice comerciale (lucru puţin probabil, deoarece astfel de culturi nu sunt autorizate în Franţa) sau poluare cu seminţe care provin din ţări unde culturile transgenice comerciale sunt deja foarte extinse (SUA şi Canada, în special). Aceasta se poate numi poluare genetică. Şi in Mexic s-a detectat o poluare genetică a porumbului comercial, fiind poluate 35% dintre eşantioane. Se cunoaşte faptul că, în 1998, Mexicul (patria de origine a porumbului şi, încă, rezervorul biodiversităţii acestuia, prin cele circa 50 varietăţi identificate în stare spontană) a instaurat un moratoriu care interzicea cultura de porumbOGM. Raportul din primăvara anului 2002 (European Enviroment Agency) confirmă caracterul cvasi-inevitabil al poluării genetice a culturilor convenţionale şi a speciilor sălbatice înrudite, pornind de la culturile-OGM. - Contaminarea porumbului transgenic de un altul, tot de tip OGM. De exemplu la finele lui septembrie 2000, puternica societate KRAFT FOOD USA retrage din circulaţie 2,5 milioane de cutii de plăcinte din porumb, întrucât laboratorul „Genetic ID" (solicitat de asociaţia ecologistă „Friends of the Earth") descoperise în aceste plăcinte, 1% porumb Starlink, rezervat numai în scop furajer. Acest porumb s-a dovedit a fi alergizant pentru om. d. Riscuri legate de plantele rezistente la atacul insectelor - Apariţia de dăunători rezistenţi la proteina-insecticid a porumbului-Bt. Apariţia insectelor rezistente la insecticide este cunoscută de mai bine de 50 de ani şi ea nu a încetat să crească rapid, pe măsură ce se intensifica folosirea pesticidelor în agricultura de tip industrial. În cazul plantelor transgenice, problema se va pune într-o manieră şi mai accentuată, căci prezenţa constantă a formei active a toxinei insecticide în toate ţesuturile plantei va intensifica presiunea selecţiei şi va accelera apariţia mutantelor rezistente.Producătorii de OGM-uri sunt totuşi optimişti, estimând că acest lucru nu va apărea mai repede de 8 ani şi că, până atunci, vor produce noi organisme transgenice, rezistente la un alt insecticid. - Intoxicarea altor insecte de către „plantele insecticide", în afara celor ţintă. Această intoxicare a fost demonstrată experimental la Universitatea din New York. Sunt în curs de desfăşurare şi alte experiemente, privind studiul albinelor care vizitează florile unei rapiţe transgenice. - Toxicitatea „plantelor insecticide" pentru prădătorii insectelor dăunătoare. O echipă de cercetători elveţieni a constatat o puternică creştere (peste 2/3) a mortalităţii indivizilor speciei Chrysopa carnea, hrăniţi cu omizi (de Ostrinia nubilaris şi de Leucania unipunctata) care au consumat porumb-Bt. În Scoţia, o serie de cercetări au arătat că buburuzele care au consumat purici crescuţi pe cartofi transgenici depuneau cu 38% mai puţine ouă, 50% trăiau mai puţin şi manifestau o fertilitate masculă mai scăzută, comparativ cu cele hrănite cu purici de pe cartofii normali. e. Drumul toxinelor insecticide în lanţurile trofice şi în soluri 166

- Riscuri legate de cultura plantelor rezistente la virusuri. Cunoaştem astăzi că principalul mecanism de evoluţie naturală a virusurilor îl constituie recombinările secvenţelor genetice. De aceea, anumiţi cercetători au lansat ideea unei posibile recombinări între gena virală cp, prezentă într-o anumită plantă, cu gene ale unui virus înrudit care a infectat o plantă rezistentă sau care se află în mod natural în aceasta. Astfel de recombinări au fost deja observate experimental în laborator, fără a se fi putut determina dacă noul virus ar fi mai mult sau mai puţin patogen decât virusul parental. Marele necunoscut este reprezentat, desigur, de frecvenţa cu care aceste recombinări s-ar produce în natură, mai ales în vastele culturi transgenice, unde sunt prezente numeroase gene virale. Îngrijorările sunt generate de apariţia posibilă a unor noi virusuri dăunătoare plantelor. f. Evaluarea riscurilor pentru sănătatea oamenilor in acest domeniu În acest domeniu răspunsurile nu sunt unanime şi incertitudinile sunt numeroase. Apărătorii OGM-urilor consideră că plantele modificate genetic nu prezintă nici un pericol pentru sănătatea omului considerând că transgenele vor dispărea fie în timpul digestiei, fie în timpul proceselor de transformare industrială. Opozanţii consideră că testele de nutriţie sunt incomplete şi nu s-au făcut într-un timp suficient, înaintea lansării pe piaţă a alimentelor provenind din OGM-uri. Ei cer continuarea şi dezvoltarea cercetărilor privind evaluarea riscurilor. - Apariţia unor noi alergii. De exemplu, o soia îmbogăţită în metionină, pentru mărirea valorii furajere, s-a dovedit a nu fi alergizantă pentru animale, dar periculoasă pentru consumul uman. Opozanţii plantelor transgenice cer ca aceste plante, conţinând transgene provenite de la microorganisme şi virusuri, să nu facă parte niciodată din alimentaţia oamenilor, mai ales că puterea alergică a noilor proteine este necunoscută. - Creşterea rezistenţei la antibiotice. Această problemă se pune pentru că porumbul-Bt comercializat conţine gene ale rezistenţei la un anumit antibiotic, gene folosite ca markeri şi pe care producătorii nu le-au eliminat, considerându-le fără pericol pentru om. Motivaţia adusă de ei este aceea că ele fie nu se exprimă în plantă, fie că ele codifică rezistenţa la un antibiotic care nu mai este utilizat în medicina umană. În plus, ei consideră ca foarte puţin probabil transferul acestor gene din alimente în bacteriile prezente în tubul digestiv al omului. Experienţele efectuate timp de trei la Universitatea din Jena au arătat că rezistenţa la un erbicid total a unei rapiţe-OGM se poate transmite la bacterii şi drojdii crescute pe medii în care s-a introdus conţinutul intestinal al albinelor care au consumat polenul unei astfel de rapiţe. - „Afacerea Pusztai". În ediţia sa din 29 mai 1999, cunoscutul săptămânal medical britanic The Lancet estima că „...plantele transgenice pun probleme pentru sănătatea oamenilor..." şi denunţa „... iresponsabilitatea autorităţilor publice şi a furnizorilor de plante transgenice". În acelaşi timp, se atrăgea atenţia asupra faptului că un reputat cercetător, A. Pusztai (de la Rowett Institut, Scoţia locul de naştere al cunoscutei Dolly, eutanasiată în februarie 2003), şi-a pierdut slujba în urma unei emisiuni televizate, în care prezenta cercetările sale personale ce puneau la îndoială consumabilitatea unui cartof transgenic, care sintetiza o proteină insecticidă (caracter transferat de la un ghiocel). Experienţele efectuate de el asupra şobolanilor arătau că cei hrăniţi exclusiv cu acest cartof transgenic prezentau atrofieri ale unor organe (mai ales ale ficatului) şi o deficienţă a sistemului imunitar, în timp ce lotul hrănit cu cartofi „normali", dar la care s-a adăugat în mod artificial aceeaşi proteină insecticidă, erau normali. „Cazul Pusztai" a divizat lumea ştiinţifică internaţională. Experienţele lui Pusztai ilustrau o serie de perturbaţii metabolice provocate de inserţia transgenei: efecte ale poziţiei acesteia (am precizat deja că tehnicile actuale nu permit localizarea punctului său de inserţie), reamintim expresia nedorită a altor gene decât cea de interes etc. Contrar concluziilor lui Pusztai, o serie de cercetători chinezi nu au constatat diferenţe semnificative de greutate şi stare generală între şobolanii hrăniţi cu tomate şi ardei 167

transgenici şi cei care trăiau în stare sălbatică. D.) Dezvoltarea culturilor transgenice în lume a.) Primele culturi comerciale de plante transgenice datează de pe la mijlocul anilor 1990, ele debutând în SUA, apoi în Argentina, Canada, China, Africa de Sud, Australia, Mexic, Portugalia, Ucraina, România. La numai şapte ani de la debutul lor oficial, aceste culturi comerciale de plante transgenice au atins o suprafaţă totală de circa 60 milioane ha, la care sar mai putea adăuga culturile ilegale. O situaţie particulară se întâlneşte în ţările Europei Occidentale, unde asemenea culturi întârzie să ia amploare. Explicaţia constă în faptul că mai multe state membre ale UE au solicitat instaurarea unui moratoriu care să interzică autorizarea importurilor şi culturilor de plante-OGM în ţările Uniunii (solicitare aprobată în iunie 1999) pentru că se iau în considerare, din ce în ce mai mult, rezervele exprimate de unii oameni de ştiinţă, opoziţia agricultorilor şi a ecologiştilor, iar, de puţin timp, şi solicitările cetăţenilor-consumatori. b. Piaţa mondială de plante-OGM este asigurată aproape în totalitate de doar 4 specii: soia, bumbac, porumb şi rapiţă, restul de plante transgenice (cartof, papaia, tutun, dovleac ş.a.) ocupând suprafeţe reduse şi necuantificabile la nivel mondial. c. Referitor la caracterul transferat acestor plante, se constată faptul că în primul an de culturi-OGM la scară mare (1996), aproximativ 2/3 o reprezentau varietăţile rezistente la o insectă dăunătoare (mai ales bumbacul-Bt şi porumbul-Bt) şi doar 1/3 dispuneau de rezistenţa la un erbicid total. Din 2002 încoace, situaţia se inversează: circa 75% o reprezintă varietăţile rezistente la un erbicid total, aproximativ 17% cele rezistente la atacul unor insecte. d. O analiza a situatiei din 2002 scoate în evidenţă faptul că producţia mondială de plante-OGM este asigurată cvasitotal de 4 ţări (SUA, Argentina, Canada si China). E.) Brevetarea fiinţelor vii Până la venirea „la putere" a geniului genetic, dreptul de brevetare nu privea decât invenţiile şi inovaţiile de aparate sau procedee de tip industrial. Se ştie că acordarea unui brevet de invenţie (ca expresie juridică legală) trebuie să răspundă următoarelor criterii: noutate, utilizare, aplicabilitate practică şi o descriere detaliată a sa, pentru a permite reproducerea de către orice specialist din domeniul respectiv. Brevetul garantează deţinătorului monopolul exploatării invenţiei sale pentru o perioadă limitată de timp (în general 20 de ani). În SUA, ca şi în Europa, brevetabilitatea fiinţelor vii era total exclusă. Dar apariţia de OGM-uri a modificat profund câmpul de aplicaţie şi condiţiile acordării de brevete de invenţie, treptat acestea fiind adaptate şi pentru fiinţele vii. Aşa cum s-a precizat anterior, dreptul de a breveta o fiinţă vie s-a născut în SUA ca urmare a celebrei „afaceri Chakrabarty", după numele microbiologului indian care a obţinut o bacterie capabilă să degradeze hidrocarburile din petrol. În 1980, acest cercetător a solicitat acordarea unui brevet pe care a obţinut-o. Această premieră, în materie de brevetare a viului a fost urmată rapid de acordarea a numeroase brevete privind microorganismele genetic modificate, utilizate în industria farmaceutică şi agro-alimentară atât în SUA cât şi în UE. Pentru a armoniza legislaţia SUA-UE, în 1998, Consiliul de Miniştri al UE şi Parlamentul European au adoptat o hotărâre favorabilă brevetajului OGM-urilor (Directiva 98/44). Aceste prevederi au generat, declanşarea a numeroase critici în Italia, Olanda, Norvegia şi alte ţări europene. Brevetarea plantelor transgenice privează agricultorul de cel puţin unul dintre drepturile sale fundamentale: acela de a folosi o parte din propria-i recoltă ca material pentru semănat în anul următor. Atunci când un agricultor cumpără seminţe transgenice, el trebuie să semneze un contract prin care se angajează să nu păstreze nimic din recoltă pentru a fi folosită în scopul unor semănături viitoare. Cu alte cuvinte, el se obligă să cumpere în fiecare an seminţe transgenice de la producător, îşi anulează astfel dreptul legitim de a reproduce propria-i cultură, în caz contrar fiind prevăzute sancţiuni contravenţionale şi penale. Firmele producătoare nu pot fi înşelate, căci 168

ele îşi trimit inspectori care controlează pe teren respectarea contractelor. Astfel de controale sunt uşor de realizat în SUA, unde fermele au suprafeţe foarte mari, dar el este mai dificil atunci când dimensiunea parcelelor este mică şi numărul agricultorilor este foarte mare (aşa cum este cazul celor mai multe ţări din Europa). Nu se mai pune la socoteală situaţia din ţările îndepărtate, în curs de dezvoltare, unde agricultorii nu pot înţelege aceste aspecte şi continuă să facă schimburi de seminţe pentru micile lor suprafeţe cultivate. Acestea sunt raţiunile pentru care producătorii de seminţe transgenice încearcă să înlocuiască îngrădirile juridice impuse agricultorilor şi costisitoarele controale prin îngrădiri de ordin biologic: sterilizarea, prin geniul genetic, a seminţelor produse de plantele transgenice. Este vorba de procedeul numit „Technology Protection System", sugestiv denumit „Terminator", întrucât el „termină" viaţa plantei, împiedicând-o să se reproducă. Această „performanţă biologică" se realizează printr-o tehnică transgenică foarte sofisticată, chiar „diabolică". Producătorii de OGM-uri şi unii oameni de ştiinţă salută procedeul pentru că el va permite suprimarea fluxului de transgene în mediul înconjurător. Agricultorii văd în el o consacrare a interzicerii de a utiliza propriile seminţe. Alţi oameni de ştiinţă şi asociaţiile ecologiste îl consideră inacceptabil sub aspect etic. Procedeul a fost criticat de către toţi opozanţii OGM-urilor. Astfel, MONSANTO a decis întârzierea punerii în aplicare a procedeului “Terminator”. F.) OGM-urile şi biodiversitatea Încă din anii ’80, oamenii de ştiinţă au anticipat caracteristicile de bază a agriculturii mondiale astfel: diminuarea considerabilă a diversităţii plantelor cultivate prin dispariţia miilor de varietăţi selecţionate de-a lungul timpului de către ţărani, prin înlocuirea acestora de către un număr limitat de varietăţi noi, „cu randament ridicat"; acapararea agriculturii mondiale de către marile multinaţionale furnizoare de seminţe „selecţionate şi ameliorate"; sporirea produşilor chimici ceruţi, în cantităţi tot mai mari, de tehnologia de cultură a acestor noi varietăţi. O analiză lucidă a agriculturii de la începutul mileniului trei ne va uimi prin asemănarea cu precizarea de mai sus ! Dezvoltarea obţinerii şi cultivării plantelor transgenice nu a făcut altceva decât să agraveze situaţia existentă acum două decenii. Şi, de fapt, transgeneza utilizează aceleaşi varietăţi foarte performante (cunoscute anterior şi care au fost create prin tehnicile tradiţionale), care sunt „ameliorate" prin inserarea unei gene, ceea ce dă dreptul exclusiv de producere şi comercializare multinaţionalelor menţionate. Extinderea culturilor de plante transgenice a afectat şi va afecta biodiversitatea specifică spontană (sălbatică) prin: - pulverizările cu erbicide totale a culturilor de OGM-uri rezistente la aceste erbicide, prin care vor dispărea, mai întâi, toate buruienile anuale din aceste culturi. Apoi, acest „spray drift" cu erbicide va afecta şi zonele marginale ale culturilor, acoperite de fitocenoze ierboase perene ori de tufărişuri, din care, treptat, vor dispărea şi speciile perene; - sărăcia bazei trofice a fitofagilor şi a granivorelor din aceste locuri, care, în final, va determina dispariţia lor progresivă din biocenozele respective; - intoxicarea şi moartea, „prin ricoşeu", a animalelor utile şi a celor care nu erau vizate. OGM-urile rezistente la anumiţi dăunători pot fi consumate direct sau indirect (de-a lungul lanţului trofic) şi de alte organisme, iar toxina insecticidă din aceste plante ar putea să provoace moartea şi dispariţia unui şir nesfârşit de animale neţintă; un alt pericol generat de OGM-uri vizează transferul de gene prin polenul acestora unor specii sălbatice înrudite. Apărătorii OGM-urilor ar putea saluta acest lucru ca fiind un proces de creştere a biodiversităţii. Dar, mai mult ca sigur, o generalizare a culturilor transgenice va determina o masivă difuzare a transgenelor care prezintă caractere selective avantajoase şi pot induce o eradicare a populaţiilor non-transgenice (cu un genofond mai bogat şi mai diversificat decât cele puternic „ameliorate", aspect cunoscut şi demonstrat deja). 169

G.) Contestarea OGM-urilor Până la pătrunderea în Europa occidentală a primelor alimente provenite din plante transgenice, OGM-urile rămăseseră ignorate de marele public. Dar situaţia s-a schimbat brusc, începând cu 1996, când, descărcarea în mai multe porturi europene de soia şi porumb american (conţinând în proporţie necunoscută material transgenic), a „înfuriat" organizaţia ecologistă GREENPEACE care, adesea violent, s-a opus debarcării containerelor. Minoritatea ştiinţifică angajată, fără a pune în discuţie interesul pentru tehnicile transgenezei, estima că sunt încă insuficient cunoscute riscurile diseminării în mediul înconjurător a OGM-urilor şi, ca urmare, şi-a multiplicat acţiunile de informare a marelui public. În SUA, nu se cere agricultorilor să recolteze, în mod separat, cele două tipuri de plante, transgenice şi convenţionale. O serie de asociaţii ale consumatorilor şi-au manifestat îngrijorarea pentru „invadarea farfuriilor lor" cu alimente provenind din OGM-uri. Anumite ţări (Austria, Italia, Danemarca) au refuzat intrările de OGM-uri pe teritoriul lor. Pentru a calma spiritele, UE (cea care a autorizat aceste importuri) a emis o directivă care impune etichetarea alimentelor provenite din plante transgenice. Puternic afectaţi de relativ recenta catastrofă alimentară (cea a „vacii nebune" şi a variantei sale la om), consumatorii europeni nu mai au încredere în declaraţiile oficiale ale experţilor sau ale cercetătorilor care apără OGM-urile. Ei se tem tot mai mult de artificializarea crescândă a agriculturii industriale şi, în mod special, de ultima sa înflorire - OGM-urile. Polemica dintre partizanii şi opozanţii OGM-urilor s-a intensificat în cursul anului următor 1998. Un nou scandal alimentar a zguduit Europa în 1999: „puii cu dioxină", produşi în crescătorii uriaşe din Belgia, livraţi pe piaţă atât în Belgia, cât şi în alte ţări din Europa sau din alte continente. Originea dioxinei a fost atribuită uleiului industrial folosit în fabricarea hranei pentru păsări. Această „afacere" ilustrează, încă o dată în plus, pericolul agriculturii şi zootehniei industriale pentru sănătatea oamenilor şi a animalelor domestice. Astfel de evenimente sporesc teama consumatorilor faţă de orice aliment de origine transgenică. Probabil, în curând, datorită strategiei stabilite de GREENPEACE, alimentele care conţin OGM-uri vor dispărea progresiv din magazinele alimentare ale UE. Mai rămâne, ca excepţie, carnea provenită de la crescătoriile industriale, unde animalele sunt furajate cu soia-OGM importată din SUA. Această problemă figurează ca următorul obiectiv pe agenda organizaţiilor anti-OGM. Dacă primele autorizări de culturi transgenice au sedus pe responsabilii marilor întreprinderi agricole de tip industrial din SUA, care doreau să le dezvolte la scară mare, ele au generat o puternică opoziţie din partea fermierilor care practicau o agricultură de tip familial. În lumea agricolă a UE, aceste culturi au fost primite în moduri diferite. Astfel, în Germania, agricultorii cu ferme biologice au intentat acţiune judiciară împotriva proprietarilor de culturi-OGM experimentale din vecinătatea lor, temându-se de o poluare genetică a culturilor proprii care trebuiau să fie „garantate fără OGM". În Spania, singura ţară din UE în care s-a reuşit dezvoltarea de culturi-OGM comerciale, doar o treime din sindicatele agricole este încă favorabilă acestor culturi. În Franţa, cea mai mare ţară agricolă din UE, asistăm şi la cea mai puternică opoziţie şi contestaţie a culturilor OGM. Opozanţi se tem de o poluare genetică a culturilor lor convenţionale prin culturile transgenice experimentale, a căror localizare şi natură sunt ţinute secret în ciuda obligaţiilor legale de a le declara. Ei au distrus mai multe culturi experimentale în câmp şi au cerut o dezbatere publică asupra OGM-urilor. În iunie 1999, aceiaşi opozanţi au distrus plantele de orez-OGM, obţinute de un laborator aparţinând unei instituţii publice. În cursul verii 2001, poluarea genetică a culturilor convenţionale a fost recunoscută, oficial, în Franţa. Tot în Franţa, contestarea OGM-urilor i-a cuprins şi pe producătorii de vinuri. În urma unei anchete desfăşurate de cercetători, s-a descoperit existenţa unor culturi experimentale de viţă170

de-vie transgenică. Aproximativ 20 de mari producători de vinuri din Franţa, Germania şi Australia cer un moratoriu asupra cercetărilor făcute şi asupra drojdiilor-OGM, care accelerează fermentaţiile şi care dau vinurilor arome noi. Neîncrederea în alimentele de origine transgenică se manifestă deja şi în alte regiuni şi ţări industrializate, situate în afara UE. În 1999 (Japonia, Australia, Noua Zeelandă, Coreea de Sud, India, Filipine, Thailanda etc.) Anul 1999 înseamnă o victorie pentru contestarea OGM-urilor şi în SUA. După ce au acceptat alimentele-OGM, consumatorii din această parte a lumii au început să-şi pună întrebări privitoare la pericolul pentru sănătatea lor şi la monopolul instaurat de multinaţionale. Giganţii din sectorul agro-alimentar urmăresc toate aceste evenimente şi cer separarea produselor OGM/non-OGM. H.) Acapararea agriculturii de către multinaţionale a. Controlul asupra pieţei mondiale a seminţelor Astăzi, 10 giganţi ai agrochimiei şi farmaciei controlează o treime din piaţa mondială a seminţelor şi 9/10 din piaţa mondială a îngrăşămintelor minerale, pesticidelor şi a altor produşi chimici solicitaţi de agricultura de tip industrial. Dintre cele 10 multinaţionale, jumătate controlează, în totalitate, piaţa mondială a seminţelor-OGM. Apariţia OGM-urilor a favorizat şi mai mult dominarea pieţei mondiale a seminţelor de către multinaţionalele amintite. Prima care s-a lansat în „aventura OGM" a fost MONSANTO care, în 1984, a inaugurat la Saint Luis (SUA) un enorm centru de cercetare. Firma MONSANTO asigură vânzarea a circa 80% din seminţele-OGM din SUA, trecând apoi la „cucerirea" Americii de Sud, a Europei şi a altor continente. Beneficiind de susţinere din partea conducătorilor politici din ţara sa de origine, puternica multinaţională a stabilit „relaţii privilegiate" cu autorităţile oficiale din numeroase ţări, în special cu cele aflate în curs de dezvoltare. Aproape peste tot în lume au fost experimentate culturile-OGM provenind din seminţe ale acestei firme. Au urmat apoi firma elveţiană NOVARTIS, al doilea gigant mondial în chimie şi farmacie, firma anglo-suedeză ASTRA ZENECA etc. b. Controlul circulaţiei mondiale a OGM-urilor Până acum au avut loc deja trei mari reuniuni internaţionale pentru stabilirea unui protocol care să statueze regulile internaţionale ale circulaţiei OGM-urilor în lume, protocol cerut de către semnatarii Convenţiei asupra Diversităţii Biologice (CDB) de la Rio de Janeiro (1992). 1. Columbia (februarie 1999) unde 132 de ţări din cele 138 prezente au fost de acord să se aducă restricţii circulaţiei OGM-urilor, dar nu au reuşit să-şi impună voinţa în faţa celor 6 ţări, dintre care primele trei controlează 94% din producţia mondială de OGM-uri (SUA, Argentina, Chile, Uruguay, Canada şi Australia). 2. Montreal (31 ianuarie 2000) unde s-a reuşit să obţinerea semnăturilor a 130 de ţări pe o „Convenţie asupra biosecurităţii". Şi de această dată SUA a refuzat să semneze. 3. Nairobi (mai 2000) a debutat prin „Protocolul de biosecuritate", care autoriza statele să reglementeze importul de OGM-uri şi prevedea identificarea acestora după o metodologie ce urma să se stabilească ulterior. Protocolul a fost semnat de 64 de ţări. Australia şi Canada au refuzat, iar SUA nu a dorit să se pronunţe, deoarece ea nu a semnat „convenţia asupra biosecurităţii", care pregătise de fapt acest protocol. Astfel, până acum, multinaţionalele care controlează piaţa OGM-urilor au reuşit să-şi impună punctul lor de vedere: ele consideră că orice reglementări privind OGM-urile „constituie o piedică în calea liberului comerţ" şi că circulaţia acestora este o „simplă problemă comercială", care priveşte doar OMC (Organizaţia Mondială a Comerţului). În martie 2000, guvernul bolivian a încercat să aplice protocolul de biosecuritate Montreal-Nairobi 2000 însă, Argentina a fost aceea care a ameninţat, astfel că Bolivia a fost obligată să renunţe la proiectul său. La fel s-a întâmplat şi în Sri Lanka şi în Croaţia, unde presiunile SUA au avut acelaşi rezultat. 171

În final, după 4 ani de negocieri, Protocolul pentru Biosecuritate a fost ratificat de 50 de ţări, intrând în vigoare la 11 septembrie 2003. Acest protocol prevede, printre altele, o procedură care obligă exportatorii de OGM-uri să furnizeze o listă detaliată a compoziţiei produselor lor, iar statele vor avea astfel posibilitatea să accepte sau să refuze importul acestora. c. Noua reglementare europeană Confruntată pe de o parte cu opinia publică, din ce în ce mai ostilă OGM-urilor, pe de altă parte cu lobby-ul industriaşilor dornici de a dezvolta piaţa plantelor transgenice, Comisia Europeană a elaborat o nouă directivă (Directiva 2001/18) mult mai preocupată de aplicarea principiului precauţiilor şi, totuşi, fără penalizări importante pentru industriile biotehnologice. Noua reglementare prevede obligativitatea etichetajului pentru orice aliment care conţine peste 0,9% ingrediente provenite din OGM-uri autorizate în UE, atât pentru alimentaţia umană, cât şi pentru cea animală. Din păcate, reglementarea nu include necesitatea menţionării faptului că animalele au fost hrănite cu produse-OGM. Pe lângă etichetaj, reglementarea prevede asigurarea urmăririi şi localizării OGM-urilor începând de la seminţe până la produsul finit, astfel ca ele să poată fi retrase rapid în caz de necesitate (aşa cum s-a întâmplat în cazul scandalurilor cu „vaca nebună" şi cu puii cu dioxină). Obţinerea oricărei autorizaţii noi este supusă unei metodologii de control omologat prealabil. în ansamblul ei. Totuşi, Directiva UE constituie un progres remarcabil, căci ea va da posibilitatea unei mai bune informări a cetăţenilor şi le va permite să aleagă între o alimentaţie cu sau fără OGM-uri. De la publicarea acestei reglementări europene, SUA s-a opus puternic etichetajului obligatoriu şi procedurilor de evaluare care sunt costisitoare pentru producători. În august 2003, SUA depune o plângere la OMC împotriva moratoriului european, considerându-1 ca o îngrădire a liberei circulaţii a mărfurilor, ca responsabil pentru pierderea mai multor sute de milioane de dolari, rezultaţi din exportul de porumb american în UE. Şi ameninţările cu alte plângeri continuă. d.) Declinul OGM-urilor în Europa La începutul anului 2000 au intervenit schimbări importante în strategia multinaţionalelor europene producătoare de OGM-uri. Astfel, sub presiunea unei opinii publice şi a agricultorilor, ostile OGM-urilor şi tot mai exigente, aceste societăţi se reorientează spre sectorul farmaceutic, mult mai „lucrativ" (beneficii de 30%, faţă de doar 15% în agrochimie-OGM-uri). Începând cu anul 2002 cifrele de afaceri a unor firme producătoare de OGM-uri au început să scadă. Capitolul 13

ALTE CĂI DE DETERIORARE A MEDIULUI 13.1. Deteriorarea mediului prin construcţii de baraje şi canale Construcţiile de baraje şi canale au numeroase efecte negative asupra mediului. Construcţia barajelor schimbă regimul viiturilor conducând la sedimentarea viiturilor in lacuri. Pentru a compensa lipsa fertilităţii naturale prin nămolul adus de viituri, sunt folosite îngrăşăminte sintetice şi un vast sistem de canale de irigaţie, care a dus pe de o parte la apariţia fenomenului salinizării solului iar pe de altă parte a dus la creşterea incidenţei unor periculoase maladii, ca malaria. În unele lacuri s-au dezvoltat imense cantităţi de plante acvatice, împiedicând atât navigaţia cât şi pescuitul. Unele specii locale acvatice pot dispărea, altele pot creşte numeric. Unele specii imigrate se înmulţesc foarte mult iar treptat, se pot stabiliza noi stări de echilibru, afectând evoluţia tuturor speciilor din zonă. Construcţia de canale conduc la perturbări profunde în întreaga structură a biocenozelor. Barajele produc mari presiuni în scoarţa pământului ce declanşează cutremure de pământ. 172

13.2. Deteriorarea mediului prin introducerea de specii în ecosisteme Orice specie posedă o anumită capacitate de răspândire geografică (extinderea arealului geografic) şi ecologică (pătrundere în ecosisteme diferite – deci extindere de areal ecologic). Acest proces s-a desfăşurat în tot cursul istoriei vieţii pe Pământ şi se desfăşoară şi în prezent. În acest proces, multe încercări se soldează cu eşec din cauze diferite: factori abiotici nepotriviţi, biocenoza nouă se dovedeşte atât de complexă şi închegată încât nu permite instalarea (realizarea unui anumit nivel numeric şi constituirea unei nişe ecologice) noului intrus. Pătrunderea într-un nou ecosistem înseamnă schimbarea corelaţiilor cu factorii biotici şi abiotici, deci schimbarea modului de acţiune a selecţiei ceea ce duce treptat, în succesiunea generaţiilor, la schimbarea mai mult sau mai puţin profundă, a genofondului populaţiei pătrunse, la adaptarea ei faţă de noile condiţii. Introducerea de elemente (specii) străine în diferite biocenoze poate fi neintenţionată sau intenţionată. a). Introduceri neintenţionate Prin anul 1929, pe o navă militară venind din Dakar (Africa de Vest) au ajuns pe coasta răsăriteană a Braziliei câţiva ţânţari din specia Anopheles gambiae, vectori ai malariei, care până atunci existau numai în Africa. Curând, a apărut malaria. Sute de mii de oameni s-au îmbolnăvit, circa 12 mii au murit. O adevărată catastrofă economică s-a produs când acum aproximativ un secol, afidul Phylloxera vitifolii (ord. Homoptera) a pătruns din America în Franţa (prin Bordeaux şi alte porturi). Până atunci, această insectă trăia pe specii de viţă sălbatică din SUA, la vest de Munţii Stâncoşi, fără a pricinui pagube vizibile (adaptare reciprocă). Ajuns în Franţa şi apoi în Algeria a distrus culturile de viţă de vie pe suprafeţe imense (în Franţa pe 1.200.000 hectare). Atunci a dispărut ideea de a altoi soiurile europene de viţă pe cele americane, rezistente la filoxeră. În acest fel a fost stăvilită invazia acestui afid. Un alt exemplu este gândacul de Colorado (Leptinotarsa decemlineata – ord. Coleoptera), important dăunător pentru culturile de cartof. Gândacul de Colorado exista în biocenozele naturale în zona de est a Munţilor Stâncoşi din Colorado până în Mexic, hrănindu-se mai ales cu un solanaceu spontan – Solanum rostratum. În 1874 a ajuns la coasta atlantică a Statelor Unite iar peste alţi doi ani primele exemplare au apărut în Europa (Germania) unde au fost distruse. În 1920 (când pătrunde prin portul Bordeaux şi reuşeşte să se înmulţească) şi 1925 el se răspândeşte în toată Franţa şi de aici se întinde în toată Europa, pricinuind mari pagube economice. La noi în ţară el a pătruns prin anii 1950. Până în prezent nici o metodă de combatere nu a reuşit să distrugă acest dăunător periculos. În acelaşi fel au fost introduse diferite specii de buruieni, crustacei, moluşte, peşti, păsări, mamifere. b.) Introduceri intenţionate s-au făcut şi se fac în cele mai diferite scopuri – plante de cultură (alimentare, tehnice, esenţe lemnoase, decorative), animale pentru scopuri alimentare, cinegetice, estetice. Ca urmare a acestor introduceri, întreaga floră şi faună endemică, de o inestimabilă valoare ştiinţifică, întreaga structură a biocenozelor unice, au fost deteriorate în mod ireversibil. Se cunosc urmările catastrofale ale introducerii iepurelui de vizuină european Oryctolagus cuniculus în Australia. În 1859 au fost aduse în Australia 24 exemplare. Neavând duşmani naturali s-au înmulţit devenind un adevărat flagel. Creşterea vertiginoasă a numărului iepurilor se poate vedea din numărul de piei exportate: 33.000 în 1873, 9 milioane în 1882, 17,5 milioane în 1945. S-au introdus vulpi din Europa, duşmanii naturali ai iepurelui. Dar vulpile au preferat să consume miei şi fauna locală mai uşor accesibilă. Momelile otrăvite folosite contra vulpilor au dus la nimicirea unui număr mare de animale autohtone. În 1950, înmulţirea şi extinderea iepurilor, a fost oprită prin introducerea unei viroze a iepurilor. După o perioadă de 6-7 ani, iepurii au devenit parţial imuni, astfel încât în prezent, după fiecare epidemie virotică numărul lor creşte tot mai mult. Atunci când o specie introdusă într-un ecosistem nou pentru ea, reuşeşte să se stabilească în 173

el şi să se reproducă normal, zicem că s-a produs aclimatizarea speciei respective.

13.3. Deteriorarea mediului prin supraexploatare Supraexploatarea speciilor Dispariţia sau scăderea până la un nivel critic al speciilor, local sau pe tot arealul lor, se datorează adesea supraexploatării lor (vânătoare, pescuit, suprapăşunat) dar de multe ori este consecinţa distrugerii habitatului lor, în care caz sunt afectate numeroase specii. De multe ori efectele sunt greu sesizabile pentru moment şi trec neobservate, alteori afectează interesele economice ale omului, iar în unele împrejurări, când afectează biocenoze întregi, pot fi de-a dreptul catastrofale pentru existenţa populaţiilor umane, din zonele respective. Cercetările arată că, din totalul speciilor dispărute în timpuri istorice, 82% au dispărut în ultimele trei secole. Evaluări aproximative arată că circa 20.000 specii de plante şi zeci de mii de specii de animale sunt ameninţate cu extincţie completă. De asemenea, trebuie spus că, de cele mai multe ori nu ştim aproape nimic despre implicaţiile genetice, ecologice, evolutive şi economice ale dispariţiei unei altei specii decât atunci când aceasta afectează în mod evident interesele noastre. Trebuie să fie limpede că o specie cu atâţia consumatori este în miezul unei complexe reţele trofice, a cărei dezechilibrare poate fi foarte gravă. Supraexploatarea solului, pădurilor, păşunilor Eroziunea solului este un fenomen care se produce în mod natural. Dar, pe solurile bine protejate de vegetaţia neperturbată, refacerea solului echilibrează eroziunea lui. În cazul când protecţia covorului vegetal e perturbată, eroziunea devine mai intensă decât refacerea şi ca urmare solul se degradează. Dereglarea acestui echilibru de multe ori se produce prin exploatarea neraţională şi supraexploatarea solului. Refacerea solului este un proces foarte lent: chiar în condiţiile acoperirii cu vegetaţie sunt necesare 3-4 secole pentru formarea unui strat de 3 cm de sol. Funcţiile pădurilor, indiferent de zona geografică, sunt multiple: hidrologică, de protecţie a solurilor, climatică, estetică, sanitar-igienică, recreativă. Pădurile influenţează clima locală şi regională, în general moderând-o. Coroanele arborilor, prin frunzişul lor, interceptează apa de precipitaţie diminuând impactul mecanic al ei asupra solului. Litiera are şi ea acest rol şi, pe lângă aceasta, are capacitatea de a reţine mari cantităţi de apă, moderând scurgerile de suprafaţă şi echilibrând alimentarea pânzelor subterane prin apa de infiltraţie. În acest fel solul devine protejat împotriva eroziunii prin spălare. Aceste trăsături capătă o deosebită importanţă în bazinele de alimentare a râurilor: împiedicând scurgeri violente, este moderat regimul viiturilor, este împiedicată colmatarea lacurilor. Despădurirea pantelor din asemenea bazine de alimentare duce la viituri violente, la inundaţii, la colmatarea rapidă a lacurilor naturale şi a bazinelor de acumulare. Situaţii critice şi mai grave se produc în urma supraexploatării pădurilor din zona ecuatorială şi a păşunilor din zonele aride şi semiaride. În aceste zone, cu o populaţie globală de circa 600 milioane oameni, suprapăşunatul duce la deşertificarea unor vaste regiuni. Întregul deşert al Saharei, cel mai mare din lume, se datorează supraexploatării (mai ales suprapăşunatului). Cercetările arată că, în perioadele preistorice şi istorice, în locul unde se întinde Sahara exista o bogată vegetaţie de păşuni şi păduri, ape abundente şi o faună bogată, inclusiv a marilor mamifere africane. Până acum 2000 de ani existau încă păduri departe, în interiorul Saharei actuale. Extinderea deşertului, din aceleaşi cauze, se produce şi astăzi, cu circa 5 km pe an.

Capitolul 11 174

ETICĂ ECOLOGICĂ În limba română, vocabula “etică” provine din grecescul ”ethos” care înseamnă – obicei, morav, caracter, morală. Conform dicționarului enciclopedic (2004), prin etică înțelegem “știința care se ocupă cu studiul principiilor morale, cu legile lor de dezvoltare istorică, cu conținutul și rolul lor în viața socială”. Etica studiază fundamentele logice ale moralei (bine, rău, dreptate, libertate, datorie, obligație, virtute, alegere, rațiune), adică principiile și regulile de conviețuire a oamenilor, relațiile omului cu societatea în ansamblu ei. Conținutul eticii diferă de la o societate la alta, de la o perioadă istorică la alta. În cadrul eticii generale există și câteva ramuri ale eticii aplicate, dintre care o să ne oprim asupra ecoeticii sau etica ecologică și agroetica. Ecoetica este un “domeniu aplicativ ale eticii generale care se ocupă de principiile și regulile morale ce trebuie să guverneze relațiile omului cu mediul său înconjurător și mai ales cu procesul vast și complex al biodiversității” [Puia și colab., 2001]. Etica ecologică include o serie de principii, dintre care enumerăm câteva: a.) Fiecare specie are o valoare în sine pentru economia naturii, chiar dacă unele pot avea efecte dăunătoare asupra omului. Omul, prin acțiunile sale, trebuie să minimizeze efectele nocive ale speciilor respective în habitatul antropizat și nu să le extermine. b.) Toate speciile pot deveni, la un moment dat, un factor economic considerabil a cărei valoare nu a fost încă descoperită. Societatea actuală ridică tot mai multe probleme care trebuie să își găsească și rezolvare. Adesea, soluția se găsește într-o plantă, un animal sau un microorganism. Entomologii caută insecte parazite sau prădătoare ca agenți biologici de control, zoologii caută noi surse de proteine, companiile farmaceutice se bazează în lupta lor cu diferitele maladii tot pe diversitatea lumii vii. De aceea, pe termen lung, niciodată nu putem spune că o specie este importantă sau nu. S-ar putea ca unele specii să fie complet neinteresante în acest moment, dar știința și tehnica viitorului să developeze în ele valori nebănuite astăzi. Dacă o specie devine extinctă înaintea descoperirii calităților sale, s-ar putea putea ca dispariția ei să însemne o pierdere iremediabilă pentru economia globală. c.) Toate speciile sunt interdependente. Speciile interacţionează într-un mod complex, ca parte a comunităţilor naturale. Pierderea unei specii poate compromite existența altor membri ai comunităţii. Aceste specii pot deveni extincte sau, mai grav, întreaga comunitate poate dispărea ca urmare a unui răspuns în cascadă. Atunci când lumea naturală prosperă şi noi prosperăm. Suntem obligaţi să conservăm sistemele naturale în întregul lor, deoarece acesta este singurul mod în care putem supravieţui. d.) Natura are o valoare spirituală şi estetică care este superioară valorii economice. In istorie, filozofii, clericii, poeţii, artiştii, scriitorii, muzicienii au fost inspiraţi de natură. Pentru mulți dintre aceștia, inspirația este legată organic de experiența directă în mediul natural. Simplele informații despre o specie, observarea ei în muzee, grădini botanice și zoologice sau vizionarea video nu este suficientă. Aproape toti oamenii apreciază viața sălbatică, estetica peisajelor şi activitatea în aer liber. Odată cu pierderea unor specii de animale, plante, habitate se va pierde o importantă sursă de imaginaţie a multor generaţii de artişti. e.) Diversitatea biologică este necesară pentru a cunoaşte originea și evoluția vieţii. Numeroși oameni de ştiinţă lucrează pentru rezolvarea acestor probleme, utilizând tehnici noi, moleculare şi filogenetice. Atunci cand speciile devin extincte, se pierd legături importante şi misterele devin tot mai mari. Extincția maimuțelor antropoide în sălbăticie poate însemna pierderea unor indicii importante pentru întelegerea evoluţiei oamenilor. Agroetica este un domeniu aplicativ al eticii generale care studiază fundamentele metodelor și mijloacelor practice prin care se poate realiza protecția agroecosistemelor în așa fel încât să asigure perpetuu omenirii produse alimentare de înaltă calitate într-o agricultură sustenabilă [Puia și colab., 1998]. Conștiința ecologică s-a format treptat, de-a lungul deceniilor și a secolelor. În India 175

antică, găsim principiul jainist care se baza pe principiul “să nu ucizi sau să faci vreun rău niciunei creaturi”. Unul dintre premergătorii europeni ai consțiinței ecologice a fost Sfântul Francisc de Assisi (1182 - 1226) care era un mare iubitor și protector al animalelor și al naturii, în general. În secolul al XIX-lea, o serie de artiști și poeți americani și europeni au sesizat, prin operele lor, îmbolnăvirea ambianței. În anul 1962, renumita cercetătoare americană Rachel Carson, în tot atât de celebră a sa lucrare “Silent Spring” trage un semnal de alarmă cu privire la impactul activităților antropice asupra mediului ambiant, referindu-se, în special la efectele dezastruoase ale DDT-ului asupra păsărilor. Redăm un fragment din cuvântul ei, rostit la o conferință, în anul 1962: “În zilele înainte de Hiroshima eu am crezut că există domenii puternice și inviolabile ale naturii cum ar fi mările și oceanele, marele ciclu al apei, care se află dincolo de puterea distructivă a omului. Dar m-am înselat. Chiar și aceste lucruri, ce păreau să aparțină adevărurilor eterne, nu sunt numai amenințate, dar au căzut deja în mâna distrugătoare a omului”. Concluzia lui Rachel Carson este că omul nu poate fi stăpânul naturii, iar pentru a supraviețui trebuie să se străduiască să fie un partener înțelept al ei. Au fost și alte nume celebre care au contribuit la dezvoltarea eticii ecologice: silvicultorul american Aldo Leopold (1886-1948), medicul, teologul și muzicologul Albert Schweitzer (18751965), zoologul Howard T. Odum care a elaborat decalogul ecologiilor, Soran și Borcea (1985), Cristea (1983), Stugren (1988), Puia și colab. (1988) și alții. Numeroasele concepții de etică ambientală apărute de-a lungul timpului au fost sistematizate de Puia și colab. (1999) în trei categorii: a.) O concepție egocentrică, cu o abordare liberalistă, care pune în prim plan binele individual cu prețul exploatării la maximum a resurselor naturale. Astfel de idei se găsesc și în filozofia lui Kant și în afirmația horticultorului și geneticianului rus Miciurin (1855-1935) – “ Noi nu putem aștepta daruri de la natură, sarcina noastră este să i le smulgem”. Aceste concepții au condus la numeroase intervenții nesăbuite în natură, de-a lungul deceniilor. Adepții acestor principii manifestă un optimism tehnologic exagerat. Ei cred că tehnologia poate găsi soluții la orice problemă. b.) O concepție ecocentrică, care adoptă principiile ecologismului fundamentalist, extremist. Etica ecocentrică trece omul pe plan secund, după biodiversitate și bioconservare. Ea atribuie o valoare instrinsecă naturii, cu toate componentele sale vii și nevii. Un precursor al acestei concepții este considerat moralistul american Aldo Leopold care considera că fiecare individ este un “cetățean” cu drepturi depline al naturii; indiferent că este copac, om sau insectă. c.) O concepție antropocentrică conform căreia natura este în serviciul umanității. În servicul umanității deci, nu a individului, ca și în etica ecocentrică. Natura trebuie tratată cu “moderație și inteligență” pentru că dacă ea “naufragiază” atrage după sine întreaga omenire. Cei mai mulți oameni de știință se situează pe poziții moderat antropocentrice. Concepția moderat antropocentrică înglobează toate aspectele pozitive ale celor trei concepții de bază: atenția omului trebuie focalizată pe natură, în ansamblul ei; omul, făcând parte din natură trebuie să se supună acelorași reguli ca și celelalte ființe; omul a devenit superior tuturor celorlalte specii, ceee ce îl obligă la asumarea responsabilității protejării mediului ambiant; grija față de generațiile viitoare nu se poate realiza prin reîntoarcerea la o natură bucolică atehnică ci prin ecotehnologii, prin promovarea principiilor dezvoltării durabile. Epilogul care ar putea sta la baza acestei concepții este “Uti non abuti” adică “Uzați dar nu abuzați”. Cu alte cuvinte să ne folosim deopotrivă de darurile naturii, ale științei și tehnicii dar să nu abuzăm de ele.

176