Curs Ecologie 2010.

A-PDF Merger DEMO : Purchase from www.A-PDF.com to remove the watermark

Bibliografie selectivă Austin M P, 1985 - Continuum, Concept, Ordination Methods, and Niche Theory, Annual Review of Ecology and Systematics, Vol. 16: 39-61; Barbault R., 1995 - Ecologie générale, Structure et functionnement de la biosfere, Ed.Masson; Begon M., 2006 - Ecology, From Individuals to Ecosystems, fourth edition, Blackwell Publishing Ltd; Berca M., 2000- Ecologie generală şi Protecţia Mediului, Ed.Ceres Bucureşti; Boer R. J., 2006 - Theoretical Biology,Utrecht University; Botnariuc N., 1999 - Evoluţia sistemelor biologice supraindividuale, Ed. Universităţii, Bucureşti; Botnariuc N., Vădineanu A., 1982 – Ecologie. Ed. Didactică şi Pedagogică Bucureşti; Botnariuc,N., 1981 - Biologie generală, Ed. Didactică şi Pedagogică Bucureşti; Budoi Gh., 1991- Bazele ecologiei agricole –USAMV.AMD, Bucureşti; Budoi Gh.şi A.Penescu, 1996 – Agrotehnică, Ed. Ceres Bucureşti; Bucher M., 2006 - Functional biology of plant phosphate uptake at root and mycorrhiza interfaces, Tansley review, New Phytologist; Charlier R. H., 2003 - Sustainable co-generation from the tides: bibliography, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 7, 215-247; Cornea Petruta, 2004 - Biologie generală şi evoluţionism, Seria Biologie-Agricultură; Dorit R.L., J.W.F. Walker and R.D. Barnes, 1991 - Zoology. Saunders College Publishing, Philadelphia, PA, USA. Duţu M.,1999 - Ecologie - filosofia naturală a vieţii. Ed. Economică Bucureşti; Duţu M., 1998 – Dreptul mediului, tratat, ed. Economică, Bucureşti; Frontier S., Denise Pichod Viale, A. Lepetre, Dominique Davoult, C. L, 2004 Ecosystemes,- structure, fonctionnement, evolution,3ed, Dundod; Gardne M. J. R, Katharine E. Hubbard, C. T. Hotta, A.N. Dodd and A A. R. WEBB, 2006 - How plants tell the time, Review article, Biochem. Journal; Gates, David M., 1980 - Biophysical Ecology, Springer-Verlag, New York; Green, L. W. and others, 1996 - Ecological Foundations of Health Promotion. American Journal of Health Promotion , Vol. 10 nr. 4; Hall D. O., Biomass: Regenerable Energy, 1987 - Hardcover, John Wiley and Sons Inc.,New York; 430

Hickman, Cleveland P., Roberts, Larry S., and Larson, Allan, 1995 - Integrated Principles of Zoology, 9th. Ed., Wm C. Brown; Holling C. S., Resilience and Stability of Ecological Systems, 1973 - Annual Review of Ecology and Systematics, Vol. 4; Hungerford, H. R., & Volk, T.L., 1991 - Curriculum Development in Environmental Education for the Primary School: Challenges and Responsibilities. In H.R. Hungerford, Bluhm, Essential Readings in Environmental Education. Illinios; Hutchinson, G. E., 1978 - An Introduction to Population Ecology. Yale University Press, New Haven; Ianculescu O., Gh. Ionescu, Raluca Racoviţeanu, 2001 - Epurarea apelor uzate, Matrix.Rom., Bucureşti; Ionescu Cristina, M. Manoliu, 2000 - Politica şi legislaţia europeană a mediului, Ed. H.G.A., Bucureşti; Johnson Gary L., 2001 - Wind Energy Systems, Electronic Edition, Manhattan, KS; Justus J., 2006 - Ecological and Lyapunov Stability, Hastings; Kates, Robert W., 2000 - Population and Consumption: What We Know, What We Need To Know. Environment Vol. 42; Kreuzer Helen, Adrianne Massey, 2003, ASM Press, washington, D.C MacCracken M. C., J. S Perry, 2002 - Encyclopedia of Global Environmental Change, John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK; Mackenzie A., Ball S.A., Virdee R.Sonia, 1998 - Instant Notes in Ecology.Bios Schientific Publisher Oxford; Mahera Christine R., D. F. Lottb, 2000 - A Review of Ecological Determinants of Territoriality within Vertebrate Species, The American Midland Naturalist, Volume 143; Majer A.,A., Schultz, 2000 - Standard Methods for Measuring and Monitoring Biodiversity, Biological Diversity, Handbook Series, Smithsonian Institution Press Washington and London; May, R. H., 1978 - The evolution of ecological systems. Scient. Am. 239:118-133; May, R. M., Angela R. McLean, 2007- Theoretical Ecology Principles and Applications, Oxford University Press; Mikkelson, G. M. 2005 - Niche-Based vs. Neutral Models of Ecological Communities, Biology and Philosophy, Volume 20, Numbers 2. Miller G. Tyler, Living in the Environment, Principles, Connections, and Solutions, Hardcover Miller G. Leon, Robert E. Ricklefs, 2005 – Écologie, De Boeck Universitéd; Nelson, Ph., 2004 - Biological Physics, W. H. Freeman; Nozue K., J. N. Maloof, 2006 - Diurnal regulation of plant growth, Plant, Cell and Environment Odum E.p.,1971- Fundamentals of Ecology, 3 rd.ed.WB.Saunders Company Phyladelpia-Toronto; Opris T., 1987 - Bios, Ed. Albatros – Bucureşti; 431

Penescu A., Babeanu N., Marin D.I., 2001 - Ecologie şi protecţia mediului, Ed. Sylvi, Bucureşti; Pfafflin J. R., E. N. Ziegler, 2000 – Environmental science and engineering, Fifth edition, CRC Taylor and Francis; Pianka, 1988, Evolutionary Ecology, Fourth Edition. Harper and Row, New York; Pollan, M., 1993 - Second Nature: A Gardener’s Education. Dell Publishing. New York, NY; Preda Gh. (coordonator), 2004 - Tratat. Valorificarea resurselor naturale, volumul I – Bazele resurselor naturale, coordonatori volum Marinescu M., Năstase G., Editura International University Press, Bucureşti, Puia I., Soran V. şi col., 2001– Agroecologie şi Ecodezvoltare; Ed. Academicpres, Cluj – Napoca; Purves, W.K., 2003 - Life - The Science of Biology, Seventh Edition, Hardcover; Pugnaire F., Valladares F., 2007 - Functional plant ecology, second edition, CRC Press, Tayler and Francis Group; Pearl, R., 1978 - The Biology of Population Growth, History of Ecology Ser., Hardcover; Ramade F., 1984 - Elements d’ecologie-Ecologie fondamentale. Dundod; Rice, E. L., 1974 - Allelopathy. Academic Press, New York; Robinson R., 2002 - Biology Vols 1-4, Macmillan Science Library; Rojanschi V., Florina Bran, Gheorghiţa Diaconu, 1997 – Protecţia şi ingineria mediului; Ed. Economică, Bucureşti; Rosenberg, E., Y. Loya, 2004 - Coral Health and Disease. Springer-Verlag, Berlin, Germany; Ross E., 2002 - Concepts in Biology , 10th ed., McGraw-Hill; Săndoiu Ileana Fulvia, 2000 - Agrometeorologie, Ed. Ceres; Schowalter T., 2006 - Insect Ecology - An Ecosystem Approach 2nd ed. WW Schulze, E.D., E. Beck, K. M. Hohenstein, 2002 – Plant Ecology, SpeKtrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg; Speakman J. R, 2001 -Thermoregulation in Vertebrates, Encyclopedia of Life Sciences; Stomp M., J. Huisman, L. J. Stal, 2007 - Colorful niches of phototrophic microorganisms shaped by vibrations of the water molecule, Winogradsky Review, The ISME Journal; Stugren B.,1965 – Ecologie generală. Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti; Stugren, 1975, Ecologie generală. Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti; Şchiopu D., Vîntu V. (coordonatori), 2002 – Ecologie şi protecţia mediului, Ed. Ion Ionescu de la Brad, Iaşi; Şchiopu D., 1997 – Ecologie şi Protecţia Mediului. Ed. Ceres, Bucureşti; Ştefanic Gh., DI Săndoiu, Niculina Gheorghiţă, 2006 –Biologia solurilor agricole, Ed. Elisavaros, Bucureşti; Vernberg F.J. and W.B. Vernberg, 1983 - The biology of crustacea, Vol. 7: Behavior and ecology,Academic Press, New York; Zarnea G., 1994 – Tratat de microbiologie generală, Ed. Academiei Române. 432

Cuprins Consideraţii introductive 1.1. Ecologie. Definiţie, obiect, domenii, importanţă 1.2. Evoluţia ecologiei ca ştiinţă 1.3. Dezvoltarea ecologiei în România 1.4. Vocabular minim Teoria generală a sistemelor 2.1. Concept 2.2. Clasificarea sistemelor 2.3. Caracteristicile sistemelor biologice 2.4. Ierarhia sistemelor biologice Surse de energie 3.1. Radiaţia solară 3.2. Acţiunea biologică a luminii 3.3. Temperatura aerului, apei şi a solului. Aspecte generale 3.4. Răspunsul organismelor la variaţiile de temperatură Apa în ecosistem 4.1. Consideraţii generale 4.2. Circuitul apei 4.3. Apa în atmosferă 4.4. Interdependenţa umiditate - temperatură 4.5. Apa din sol 4.6. Biotopul acvatic 4.7. Influenţa apei asupra organismelor Biocenoza în constituirea ecosistemului 5.1. Indicatorii de caracterizare a structurii biocenozei 5.2. Componentele trofice ale biocenozei 5.3. Lanţul trofic. 5.4. Reţeaua trofică 5.5. Relaţiile dintre nivelurile trofice 5.6. Nişa ecologică 5.7. Autocontrolul şi stabilitatea ecosistemelor Ecologia populaţiei 6.1. Definiţii. 6.2. Trăsături structurale şi funcţionale (parametri de stare) 6.3. Dinamica populaţiei 6.4. Modele de creştere a populaţiilor 6.5. Mecanisme active de reglare a densităţii populaţiilor Relaţii intraspecifice şi interspecifice 7.1. Relaţii intraspecifice 7.2. Relaţii interspecifice

5 8 10 11 17 17 18 25 29 33 43 45 55 56 58 60 62 64 71 77 81 84 87 89 90 94 97 97 107 108 120 125 129

7.3. Allelopatia Circulaţia materiei în ecosisteme 8.1. Circuite biogeochimice. Consideraţii generale. 8.2. Circuitul carbonului 8.3. Circuitul oxigenului 8.4. Circuitul azotului 8.5. Circuitul sulfului 8.6. Circuitul fosforului Transferul energiei în ecosistem 9.1. Fluxul energetic 9.2. Viteza de transport a energiei 9.3. Producţia şi productivitatea ecosistemelor 9.4. Eficienţa transferurilor Biomii 10.1. Zonele ierboase – localizare, caracterizare biopedoclimatică 10.2. Tundra – localizare, caracterizare biopedoclimatică 10.3. Pădurile – localizare, caracterizare biopedoclimatică 10.4. Deşerturile, semideşerturile şi zonele cu arbuşti – localizare, caracterizare biopedoclimatică 10.5. Biomii de apă sărată – localizare, caracterizare biopedoclimatică 10.6. Biomii de apă dulce Structura şi evoluţia ecosistemelor 11.1. Structura verticală a ecosistemelor 11.2. Structura ritmică a ecosistemelor 11.3. Schimbări direcţionate ale ecosistemelor Introducere în protecţia mediului 12.1. Noţiuni 12.2. Factorii poluanţi şi tipuri de poluare 12.3. Circulaţia, dispersarea şi concentrarea poluanţilor în biosferă Protecţia atmosferei 13.1. Generalităţi 13.2. Poluanţii atmosferici 13.3. Smogul 13.4. Diminuarea stratului de ozon 13.5. Efectul de seră. 13.6. Schimbarea climatică 13.7. Autoepurarea aerului 13.8. Prevenirea şi combaterea poluării atmosferice Protecţia apelor şi ecosistemelor acvatice 14.1. Consideraţii generale 14.2. Clasificarea apelor supuse protecţiei

173 175 177 178 179 183 184 187 188 189 199 201 204 206 212 218 222 225 226 227 233 239 241 243 245 249 250 253 258 263 264 267 269

14.3. Starea apelor în România şi UE 14.4. Apele uzate. Compoziţie şi caracteristici 14.5. Forme de poluare a apelor 14.6. Efluenţi, receptori, emisari 14.7. Eutrofizarea apelor de suprafaţă 14.8. Poluarea apelor subterane 14.9. Autoepurarea apelor 14.10. Epurarea apelor 14.12. Mijloace de combatere şi limitare a poluării apelor de suprafaţă Protecţia solului 15.1. Introducere 15.2. Solul - funcţii 15.3. Clasificarea terenurilor în România 15.4. Ameninţări 15.5. Poluarea solului. 15.6. Metode de depoluare a solului 15.7. Protecţia subsolului 15.8. Seceta, degradarea terenului şi deşertificarea 15.9. Convenţia privind deşertificarea. Scop. Conţinut.

269 270 273 274 274 278 278 279 291 293 296 296 297 298 303 305 305 309

Resursele naturale şi conservarea biodiversităţii 16.1. Resurse naturale. Definiţie. Clasificare 16.2. Biodiversitatea 16.3. Principii ale diversităţii ecologice 16.4. Importanţa diversităţii ecologice 16.5. Conservarea patrimoniului natural 16.6. Cuantificarea biodiversităţii 16.7. Categorii de arii protejate 16.8. Protecţia speciilor sălbatice de floră şi faună prin reglementarea comerţului cu acestea 16.9. Resurse energetice convenţionale şi neconvenţionale Gestionarea deşeurilor 17.1. Consideraţii generale 17.2. Metode de gestionare a deşeurilor Alte tipuri de poluare 18.1. Poluarea sonoră 18.2. Poluarea radioactivă Bioindicatori 19.1. Noţiune. Abordări. Cerinţe organism test 19.2. Plantele ca bioindicatori 19.3. Indicatori de metale grele 19.4. Indicatori ai radionuclizilor.

315 316 317 318 319 321 322 329 330 339 342 355 357 363 365 367 367

19.5. Animalele ca bioindicatori 19.6. Microorganismele ca indicatori. Structuri naţionale şi internaţionale specializate 20.1. Organizaţii interguvernamentale 20.2. Organizaţii internaţionale neguvernamentale 20.3. Cooperare instituţională regională 20.4. Organizaţii subregionale 20.5. Consiliul de Miniştri (Consiliul membrilor UE) 20.6. Atribuţii şi competenţe ale autorităţilor naţionale Protecţia mediului în dreptul intern 21.1. Principiile protecţiei mediului 21.2. Armonizarea legislaţiei naţionale 21.3. Protecţia atmosferei în dreptul intern 21.4. Cadrul legal pentru realizarea obiectivelor unei politici durabile în domeniul apelor 21.5. Protecţia solului şi a subsolului 21.6. Protecţia resurselor naturale şi conservarea durabilă a biodiversităţii 21.7.Controlul poluării industriale şi managementul riscului 21.8. Regimul juridic al deşeurilor 21.9. Informaţia de mediu Bibliografie selectivă

369 372 373 378 379 380 381 381 382 383 388 391 405 408 416 423 427 430

1 Consideraţii introductive 1.1. Ecologie. Definiţie, obiect, domenii, importanţă Termenul de ecologie, din punct de vedere etimologic, are la origine cuvintele din limba greacă: oikos = habitat, casă şi logos = discurs, ştiinţă. Ecologia este literalmente ,,ştiinţa habitatelor”. Noţiunea de ecologie a fost folosită pentru prima dată de naturalistul Ernst Haeckel în lucrarea ,,Generelle Morphologie der Organismen” (1866). El definea ecologia ca ,,ştiinţa generală a relaţiilor dintre organisme şi mediul lor înconjurător”1. În anul 1870, Haeckel preciza că ecologia trebuie înţeleasă ca ,,studiul relaţiilor dintre animale şi mediul organic şi anorganic, şi, în particular, relaţiile amicale şi neamicale dintre animale şi vegetaţie, relaţii complexe ce corespund a ceea ce Darwin numea ,,lupta pentru existenţă”,,. Experienţa ulterioară l-a condus pe Haeckel să afirme că ecologia reprezintă ,,suma cunoştinţelor referitoare la economia naturii”2. Noi reţinem definiţia propusă de Dajos (1983): Ecologia este ştiinţa care studiază condiţiile de existenţă a fiinţelor vii şi interacţiunile de toate felurile care există între acestea pe de o parte, şi între acestea şi mediul lor pe de altă parte. Ecologia este definită riguros prin obiectul de studiu, obiect ce este foarte complex. Este reprezentat de cunoaşterea, înţelegerea şi aplicarea în practică a 1„Unter

Oekologie verstehen wir die gesammte Wissenschaft von den Beziehungen des Organismus zur umgebenden Aussenwelt, wohin wir im weiteren Sinne alle "ExistenzBedingungen" rechnen können". Termenul - ecologie, după prima definire a lui Haeckel, a făcut obiectul a numeroase reformulări. Astfel: pentru Andrewartha (1961), ecologia era,, studiul ştiinţific al repartiţiei şi al abundenţei organismelor,, ceea ce noi numim ecologia populaţiei; pentru Odum (1976), ecologia reprezenta ,,studiul structurii şi funcţionării naturii,, - o apropiere de tipul sistemic care studiază ciclurile materiei şi fluxurile de energie; pentru Krebs (1978) ,,studiul ştiinţific al interacţiunilor care determină distribuţia şi abundenţa organismelor; pentru Duvigneaud (1980) - ,,ştiinţa sistemelor biologice complexe,,; Botnariuc N., în Ecologie, Ed. Did.şi Ped. Bucureşti, 1982: ,,ecologia studiază sistemele supraindividuale de organizare a materiei vii (populaţii, biocenoze, biosfera) integrate în mediul lor abiotic”; Ionescu Al. (1988) – ,,ştiinţa relaţiei dintre vieţuitoarele care alcătuiesc o biocenoză şi dintre acestea şi biotop. Ea studiază fluxul de materie, energie şi informaţie care străbate un ecosistem bine delimitat”; S. Frontiere et.all., în Ecosystemes, - structure, fonctionnement, evolution,3ed, Dundod, 2004 - ,,studiul interacţiunilor dintre organismele vii şi mediul în care ele trăiesc, dintre organisme diferite în condiţii naturale sau modificate,,. Aceste definiţii transpun în fapt, diferitele moduri de abordare ale ecologiei - individul, populaţia, biocenoza sau ecosistemul. 2Adică modul de repartizare a substanţei vii pe specii, modul cum se produce, cum circulă şi cum se descompune substanţa vie.

5

tuturor legilor care determină relaţiile dintre diversele sisteme biologice şi totalitatea factorilor de mediu. Ecologia include toate treptele de evoluţie: de la cunoaşterea producţiei şi a bilanţului energetic al unei specii, a mecanismelor de autoreglare a densităţii populaţiei, etc. până la caracterizarea ecologică a marilor regiuni biogeografie şi a ecosistemelor, cunoaşterea structurii şi productivităţii biosferei. În prezent, obiectul ecologiei este definit din punct de vedere sistemic, asupra acestuia punându-şi amprenta atât cercetătorii în materie cât şi modul de abordare al problematicii ecologice. Ecologia este considerată o ştiinţă interdisciplinară, sintetică, însă are şi caracteristici proprii3. Întrucât ecologia prin specificul problemelor abordate cuprinde atât sistemele biologice cât şi mediul lor abiotic este normal să fie strâns legată de numeroase alte discipline mai mult sau mai puţin biologice. Astfel: ™ pentru studiul relaţiilor funcţionale dintre populaţii şi mediul lor sunt utilizate conceptele, datele şi metodele din domenii ca fizica (termodinamica etc.), biochimia (mecanismele moleculare ale schimburilor energetice), fiziologia (respiraţia, digestia, asimilaţia), microbiologia; ™ pentru studiul complex al oricărui taxon se folosesc cercetările de biochimie, morfologie, taxonomie, sistematică, genetică, biogeografie, evoluţionism etc.; ™ pentru studiul influenţei factorilor fizici asupra organismelor ecologia se bazează pe cunoştinţele de climatologie, meteorologie, geografie, pedologie, geologie etc.; ™ datele furnizate de geochimie sunt folosite pentru explicarea migraţiei atomilor elementelor chimice prin ecosistem; ™ foloseşte matematica (statistica) şi informatica în prelucrarea datelor. Evaluarea completă în spaţiul multidimensional al unui ecosistem real este cunoscută în analiza sistemică ca model de bază (aditiv) sau model izomorf (Zeigler, 1979). Dar, un ecosistem este în continuă schimbare şi ca urmare un astfel de model este greu de utilizat în practică. A apărut astfel necesitatea folosirii unui model simplificat al modelului izomorf care aproximează numai ecosistemul natural cunoscut în analiza sistemică ca model homomorf. Alcătuirea modelelor homomorfe presupune realizarea unui proces de grupare a subsistemelor în componente mai mari, care sunt tratate unitar. Modelarea matematică permite simularea proceselor din natură, asigură prognozarea unor acţiuni practice legate de activitatea umană şi de gospodărire a unor ecosisteme naturale (deşerturi, bazine polare, bazinul unor fluvii etc.)4. Pentru 3N.

Botnariuc, 1999, Evoluţia sistemelor biologice supraindividuale. Ed. Universităţii, Bucureşti. de model în ecologie, fără a fi astfel denumit, a fost utilizat încă de la începutul sec. XX. În a doua jumătate a sec. XX, conceptul de modelare a proceselor ecologice a luat

4Conceptul

6

studiul problematicii mediului ambiant trebuie luate în considerare cel puţin 3 aspecte: ™ climatul; ™ procesele fizice şi chimice; ™ activităţile umane, aspectele sociale, demografice, poluare etc. În metoda modelării se utilizează: ™ modele matematice care permit analiza cantitativă şi calitativă a sistemelor şi proceselor din mediu; ™ modele sistemice, ca modele logice; ™ modele predictive; ™ modele grafice. În practică, modelarea matematică a condus la: controlul exploatării raţionale a populaţiei de plante şi animale; controlul gradului de poluare al mediului, impurificarea alimentelor şi a apei cu substanţe toxice şi radioactive; elaborarea unor reguli de gospodărire a naturii pe baze ecologice; optimizarea producţiei de biomasă şi recoltă utilă etc. In funcţie de nivelul de organizare al materiei vii şi modul de abordare al problemelor, în ecologie se pot distinge următoarele orientări (R. Dajoz, 1975): autoecologia, sinecologia şi demecologia. Autoecologia reprezintă studiul relaţiilor unei singure specii cu mediul şi al acţiunii acestuia asupra morfologiei, fiziologiei şi etiologiei speciei respective. Ea este experimentală şi inductivă. Deoarece se ocupă cu studiul relaţiilor dintre un organism şi una sau mai multe variabile ca: umiditate, lumină, salinitate sau nivelurile nutrienţilor, etc. este uşor cuantificată şi conduce la un model experimental atât pentru câmp cât şi pentru condiţii de laborator. Autoecologia a contribuit la cel puţin două concepte importante: constanţa interacţiunii dintre organism şi mediul său şi adaptabilitatea genetică a populaţiilor locale la condiţiile mediului dat. Sinecologia reprezintă studiul relaţiilor dintre organismele diferitelor specii şi ale acestora cu mediul. Conceptele importante dezvoltate de sinecologie sunt acelea care se referă la circulaţia elementelor nutritive, bilanţurile energetice şi dezvoltarea ecosistemică. Sinecologia se bazează pe studiile de geologie, pedologie, meteorologie şi antropologie. Ea poate fi subdivizată conform tipurilor de mediu la care se referă ca terestră sau acvatică. Ecologia terestră poate fi la rândul ei subdivizată în ecologia pădurilor, păşunilor, arctică şi a deşertului. Ea priveşte aspecte legate de microclimat, chimia solului, fauna solului, circulaţia hidrologică, ecogenetică şi productivitatea ecosistemelor. Deoarece ecosistemele terestre sunt influenţate mai mult de organisme ele sunt supuse la fluctuaţii mai mari ale mediului decât ecosistemele

amploare. În domeniu s-au afirmat: Watt, 1963; T.Odum, 1971; Fedorov, Ghilmanov, 1980, Jorgensen,1988, Allaky, 1994 .

7

acvatice. Acestea din urmă sunt afectate într-o proporţie ridicată de condiţiile apei, dar rezistă la variaţiile de temperatură ale mediului. Limnologia (ecologia acvatică) este limitată la cercetarea factorilor fizici, chimici şi biologici care afectează râurile şi lacurile. Ecologia marină se ocupă cu studiul vieţii în mare şi estuare. O ramură care s-a desprins din sinecologie este demecologia care urmăreşte stabilirea legilor referitoare la dinamica populaţiilor (natalitate, mortalitate). Există şi ramuri secundare ale ecologiei: ecologia microbiană5, ecologia comportamentală6, ecologia fiziologică, ecologia biogeochimică, ecologia sistemelor, ecologie agricolă7 etc. 1.2. Evoluţia ecologiei ca ştiinţă Ecologia a urmat o tendinţă de dezvoltare istorică asemănătoare cu cea a altor ştiinţe biologice. Primele concepte ecologice au fost enunţate de Lamarck, apoi de Von Humolt. În a doua jumătate a sec. XIX şi în cursul primelor decenii din sec. XX au fost întreprinse numeroase cercetări ecologice care au permis stabilirea unui ansamblu de noţiuni fundamentale proprii acestei discipline. Dezvoltarea ecologiei s-a datorat, în mare parte, botaniştilor europeni şi americani, care au efectuat numeroase studii privind comunităţile de plante, văzute din două puncte de vedere. Botaniştii europeni au studiat compoziţia, structura şi distribuţia acestor comunităţi, în timp ce americanii au efectuat studii privind dezvoltarea plantelor sau succesiunea lor. Dezvoltarea ecologiei poate fi împărţită în două etape. Prima etapă a început prin fundamentarea din punct de vedere teoretic şi practic de către E. Clements 5Prima

încercare de sinteză şi de punere în acord a datelor de microbiologie a mediului cu conceptele de bază ale Ecologiei generale este datorată lui T.T. Brock (1966), urmată de Alexander (1971). Ecologia microorganismelor a apărut ca un domeniu al microbiologiei generale, cu caracter larg, integrator, interdisciplinar, strâns legat de microbiologie, dar şi de ecologie. Ea aplică datele şi conceptele microbiologieie generale la studiile privind prezenţa naturală a microorganismelor şi interacţiunilor dintre ele cu alte organisme şi cu mediul înconjurător. Este definită ca reprezentând studiul integrat al relaţiilor biologice dintre microorganismeleprezente într-un habitat comun şi interacţiunile care apar între componenţii biotici şi abiotici (G. Zarnea, Tratat de microbiologie generală, Ed. Academiei Române, 1994, p. 16). 6Studiază comportamentul animalelor în mediul lor şi interacţiunile sociale asupra dinamicii populaţiei. 7Ca disciplină ştiinţifică, ecologia agricolă a fost întemeiată în anul 1920, de către italianul Girolamo Azzi. Acesta defineşte ecologia agricolă ca "studiul mediului fizic - climat şi sol - în raporturi cu dezvoltarea plantelor cultivate şi randamentul lor, acesta fiind considerat din triplul punct de vedere: cantitativ, calitativ şi generativ". I. Puia şi V. Soran (1977) consideră că ecologia agricolă se poate defini ca "ramura ecologiei generale care se ocupă cu studiul multilateral, îndeosebi din punct de vedere productiv, al influenţelor exercitate de factorii de mediu asupra plantelor şi animalelor domestice (aşa-numita autecologie agricolă) precum şi de cercetarea ecosistemelor agricole (sinecologie agricolă)."

8

(1905) a unor metode cantitative de cercetare în ecologia vegetală. Pe baza acestor metode, a întreprins cercetări care i-au permis să înţeleagă parţial mecanismele succesiunii ecosistemelor din primele faze până în stadiul de ecosistem matur, denumit şi stadiul de “climax climatic” (E. Clements, 1916). În aceeaşi perioadă a crescut interesul pentru cercetările referitoare la dinamica populaţiilor. R. Pearl (1920), A. J. Lotka (1925) şi V. Voltera (1926) au dezvoltat fundamentele matematice pentru studiul populaţiilor. Au fost efectuate cercetări privind interacţiunile dintre prădători şi pradă, relaţiile de competiţie dintre specii, precum şi reglarea populaţiilor. Conceptele privind comportamentul instinctiv şi agresiv au fost dezvoltate de K. Lorenz şi N. Tinbergen, iar rolul comportamentului social în reglarea populaţiilor a fost cercetat de V.C. Wynne-Edwards. În timp ce unii ecologi au studiat dinamica populaţiilor, alţii şi-au îndreptat privirea spre bilanţurile energetice. În anul 1920, A. Thienemann a introdus conceptul de nivel trofic, în care energia este transferată de la nivelul producătorilor la consumatori. Observaţii similare a făcut şi zoologul şi speologul român Emil Racoviţă (1900) în cazul biocenozelor din Australia. Ulterior, C. Elton, (1927) a evidenţiat rolul nişelor ecologice în funcţionalitatea biocenozelor şi a descris în termeni cantitativi piramida trofică (piramida eltoniană). În anul 1930, E.Birge şi C. Juday determinând bilanţul energetic din lacuri, au dezvoltat ideea de productivitate primară, iar în anul 1935, A. Tansley defineşte ecosistemul ca unitate fundamentală de lucru a biosferei. Etapa modernă a ecologiei a început în anul 1942 cu dezvoltarea de către R.L. Lindeman a conceptului de lanţ trofic şi detalierea modului de curgere a energiei în ecosistem. Cercetări similare au fost realizate de H. Odum (1957), Richman (1958) şi B. Slobodkin (1959). Studii privind circulaţia elementelor minerale au fost iniţiate de J.D. Ovington în Anglia şi Australia. Au urmat unele studii privind circulaţia fosforului (Hutchinson, 1950; Rigler, 1956), circulaţia azotului (Caperon, 1972), rolul populaţiilor animale în procesul de regenerare a rezervei acestor nutrienţi în apă şi sedimente (Johannes, 1972). S-a dezvoltat teoria sistemelor (Bertalanfly, 1973; Botnariuc, 1967, 1976), a ciberneticii (Wiener, 1948, 1950) care au contribuit la încurajarea cercetărilor privind structura şi funcţionarea ecosistemelor. După anul 1960, s-a desăvârşit procesul de formare a bazei teoretice a ecologiei (Odum, 1971, 1983, 1992; Botnariuc, 1967, 1976, 1989; etc.). Odum a continuat să îmbunătăţească definiţiile şi conceptele din ecologie şi a introdus unele noţiuni de ecologie umană şi noţiuni economie a mediului (1992). Cunoştinţele acumulate în domeniu au contribuit la elaborarea unor teorii cum ar fi, de exemplu, cele referitoare la legile care generează fluxul de energie şi circulaţia substanţelor în biosferă, mecanismele procesului evolutiv, schimbarea structurii şi organizării materiei vii. De asemenea, au constituit o bază ştiinţifică a activităţilor de protecţia mediului înconjurător şi de folosire raţională a resurselor naturii, au contribuit la 9

consolidarea proceselor tehnico-ştiinţifice din agricultură, silvicultură, industrie, medicină etc. După anul 1990, alţi ecologi, cum ar fi spre exemplu, Aldo Leopold şi Rachel Carson au conştientizat necesitatea conservării ecosistemelor şi au aprofundat studiul raporturilor dintre binele omenirii şi utilizarea ecosistemelor, precum şi problemele de poluare. Green (1996) defineşte ecologia umană ca fiind o interdependenţă între oameni şi mediul în care trăiesc. De asemenea, Pollan şi Orr au aprofundat studiile referitoare la aplicaţiile ecologiei în viaţa cotidiană, modul în care sunt incluse principiile ecologice în activităţile industriale etc. (1993). Orr (1991)8, Hungerford şi Volk (1991)9 au argumentat necesitatea completării programelor de studiu cu ore de ecologie, întrucât acestea i-ar ajuta pe oameni să se instruiască astfel încât să fie capabili şi să manifeste dorinţa de a lua măsurile de mediu în conformitate cu o calitate superioară a vieţii şi în acelaşi timp în armonie cu mediul. Ecologia, azi, este descrisă ca o ştiinţă nouă care include şi cerinţele sociale, politice şi economice. Această abordare este cerută deoarece populaţia se confruntă cu probleme ca: poluarea, suprapopularea şi degradarea mediului. Se conştientizează tot mai mult faptul că ecosistemul este unitatea de bază în ecologie, că acesta include toate organismele şi mediul lor, că acestea se intercondiţionează şi trebuie să se menţină într-un echilibru care să permită menţinerea vieţii. 1.3. Dezvoltarea ecologiei în România Conceptul de ecologie a fost pus în evidenţă în opera unor renumiţi botanişti precum: D. Brândză, I. Prodan, Tr. Săvulescu, Al. Borza, E. Pop şi zoologi: Gr. Antipa, E. Racoviţă, G. Bujorean, A. Popovici-Bâznoşanu, I. Borcea, C. Motaş, în a căror operă, conceptul de ecologie este pus în evidenţă10. Astfel: Gr. Antipa a efectuat numeroase cercetări asupra Mării Negre, a Dunării şi a zonei inundabile. Opera lui a cuprins diversitatea factorilor abiotici şi biotici, interacţiunile dintre aceştia, concepţie ce l-a apropiat de noţiunea ecologică de ,,sistem”. În lucrarea ,,Organizarea generală a vieţii colective a organismelor şi mecanismul producţiei în biosferă (1935) tratează aspectele ecologice ale organizării vieţii, analizând laturile comune în concepţia sistemică. Cercetările sale constituie şi astăzi un model de aplicare în practică a datelor ecologice; ele au stat la baza organizării pisciculturii moderne nu numai în România ci şi în alte ţări. Poate fi

8Ecology

and Environmental Education: Key Principles, EETAP Resource Library “Advancing Education & Environmental Literacy”, 2002, nr. 107. 9Hungerford, H. R., & Volk, T.L. (1991). Curriculum Development in Environmental Education for the Primary School: Challenges and Responsibilities. In H.R. Hungerford, Bluhm, Essential Readings in Environmental Education. Illinios. 10Stugren, 1975, Ecologie generală. Ed. Didactică şi Ped., Bucureşti.

10

considerat un precursor al gândirii sistemice în România, alături de E. Racoviţă şi C. Motaş şi un sprijinitor al ocrotirii naturii 11. E. Racoviţă (1905, 1920, 1929) crează biospelogia ca ştiinţă a interrelaţiilor dintre organisme şi mediul cavernicol. Având cunoştinţe despre efectul activităţii omeneşti asupra naturii este iniţiator al unor acţiuni de ocrotire a naturii şi autor al codificării monumentelor naturii. G. Bujorean elaborează prima lucrare românească de ecologie vegetală experimentală, privind succesiunea covorului vegetal (una dintre primele din lume), contribuind la dezvoltarea conceptelor de climax şi serie (1930). A. Popovici Bâznoşanu a susţinut ideea de a urmări sistematica zoologică nu ca un inventar, ci de a pune lumea animală în raport cu fenomenele ce se desfăşoară în mediul lor de viaţă, de a cunoaşte ecologia acestora în toată complexitatea ei. El introduce în ecologie un volum mare de termeni, printre care termenul de bioskenă, ca unitate sinecologică elementară. Alături de aceşti mari pionieri ai ecologiei îi amintim pe: Al. Borza care a efectuat numeroase cercetări în ecologia vegetală; Tr. Săvulescu s-a ocupat cu studiul bolilor plantelor, ecologia agenţilor patogeni; B. Stugren a elaborat primul manual românesc de ecologie; N. Botnariuc prin cercetările sale a contribuit la dezvoltarea teoriei sistemelor; A. Vădineanu a realizat o abordare nouă a dezvoltării socio-economice şi a relaţiei sale cu mediul înconjurător, pornind de la unele concepte şi interpretări teoretice cheie, derivate din baza teoretică a ecologiei sistemice. Studiile întreprinse de I.Puia şi V.Soran după anul 1975 aduc contribuţii semnificative la definirea obiectului şi ariei de preocupări a ecologiei agricole, la definirea conceptelor de ecosistem agricol (agroecosistem) agroclimax, arie agricolă minimă, etc12. 1.4. Vocabular minim

# Biotopul (grec. bios = viaţă; topos = loc) reprezintă un fragment de spaţiu populat şi transformat de către fiinţele vii. El este caracterizat de un complex de factori de mediu, cunoscuţi sub denumirea de factori ecologici13. 11S.

Cărăuşu, V. Ghenciu, 1971, Pionieri ai ecologiei româneşti, Ecologie şi protecţia ecosistemelor, p. 78. 12Şchiopu D.,1997 – Ecologie şi Protecţia Mediului. Ed. Ceres, Bucureşti. 13Clasificarea factorilor ecologici este relativă datorită complexităţii formării, acţiunii şi interacţiunii acestora. Astfel, factorii ecologici pot fi: a) factori fizici (abiotici) - de exemplu: factorii climatici; b) factori biotici – de exemplu, pentru cartof: mana cartofului (Phitophtora infestans) şi gândacul din Colorado (Leptinotarsa decemlineata). Factorii fizici şi cei biotici se influenţează reciproc şi devin factori ecologici. Exemplu: clima este influenţată de covorul vegetal, iar acesta la rândul lui este influenţat de climă. Ca factori abiotici rămân numai energia radiată de soare, gravitaţia universală, mareele, factorii geotectonici (B. Stugren, 1975). Clasificarea lui P.D. laroşenko (1967) deosebeşte patru grupe principale de factori ecologici şi anume: a) factori climatici, condiţionaţi în special de fenomenele atmosferice; b) factori edafici, condiţionaţi de substrat, de sol; c) factori biotici, condiţionaţi de plante sau de grupările lor şi de

11

Fiecare biotop constituie suportul fizic al unei biocenoze specifice, bine definite. Justus von Liebig (1840) a lansat ipoteza că organismele vii sunt în general limitate de către acţiunea unui singur factor al biotopului care este insuficient în comparaţie cu necesităţile acestora. Această afirmaţie a condus la enunţarea legii factorului limitativ: “rapiditatea sau amploarea de manifestare a proceselor ecologice este condiţionată de către factorul de mediu care este reprezentat în mod necorespunzător”. La aceea dată s-a încercat totodată să se determine acel factor care limitează creşterea şi dezvoltarea speciilor. Ulterior, multe studii au relevat faptul că acest concept este prea simplist. S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici, interacţiunea acestora crescând sau diminuând efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat. S-a arătat apoi (Shelford, 1913) că un factor poate fi limitativ nu numai atunci când se află în cantitate prea mică, ci şi dacă este în cantitate prea mare. Afirmaţia a fost denumită: Legea toleranţei (fig.1.1). Intervalul de valori cuprins în spectrul de variaţie al factorilor abiotici, în care speciile pot supravieţui şi persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleranţă, iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleranţă. În interiorul intervalului de toleranţă există o valoare optimă la care metabolismul speciei se desfăşoară în cele mai bune condiţii (intervalul optim).

animale; d) factori antropici, condiţionaţi de om. O altă clasificarea adoptată de R. Dajos (1978), care nu exclude interacţiunile dintre diferiţii factori ecologici grupează aceşti factori astfel: a) factori climatici (temperatură, lumină, umiditate relativă a aerului etc.); b) factori fizici neclimatici (factorii mediului acvatic, factori edafici); c) factori alimentari; d) factori biotici (interacţiunile intraspecifice şi interspecifice determinaţi (condiţionaţi) de plante şi animale; e) factorii antropici (condiţionaţi de om) – adăugaţi de P. D. laroşenko. Clasificarea lui Mondchaski (citat de R. Dajos, 1978): a) factori periodici primari - determinaţi de periodicitatea zi-noapte, succesiunea anotimpurilor etc; b) factori periodici secundari - consecinţa variaţiilor factorilor periodici primari; c) factori neperiodici - apar brusc: o grindină, o invazie de lăcuste, aplicarea pesticidelor, poluanţii etc.. Factorii periodici primari determină existenţa marilor zone climatice şi, dependent de acestea, zonele de răspândire ale diferitelor specii. Ei nu intervin în reglarea numărului de indivizi, ci în delimitarea ariilor de răspândire a speciilor. In mediul abisal (la mari adâncimi în mări şi oceane) şi în cel cavernicol (în peşteri) variaţia lor este atenuată sau lipseşte. Factorii periodici secundari modifică abundenţa speciilor în interiorul ariei lor de răspândire, dar influenţează puţin asupra întinderii acestei arii.Factorii neperiodici intervin mai ales în reglarea abundenţei indivizilor pe o suprafaţă determinată. In general ei nu modifică aria de răspândire şi ciclul de dezvoltare al speciilor.

12

Fig.1.1. Legea toleranţei

# Biocenoza sau comunitatea (bios = viaţă, koinos = comun) reprezintă un sistem de indivizi biologici din diferite specii ataşaţi unui biotop. Termenul de biocenoză a fost introdus de K. Mobius în anul 187714. # Biodiversitate - variabilitatea organismelor din cadrul ecosistemelor terestre, marine, acvatice continentale şi complexelor ecologice; aceasta include diversitatea intraspecifică, interspecifică şi diversitatea ecosistemelor. # Biomul reprezintă o zonă majoră de viaţă care depinde de macroclimă şi care cuprinde un complex de biotopuri şi biocenoze (deşert, stepă, pădurea din zona temperată etc.).

14El

definea biocenoza ca fiind ,,o grupare de fiinţe vii, corespunzând prin poziţia sa, prin numărul de specii şi de indivizi, la anumite condiţii de mediu, grupare de fiinţe legate între ele printr-o dependenţă reciprocă şi care se menţin pentru reproducere într-un anumit loc în mod permanent”. O contribuţie importantă la definirea biocenozei o are N. Botnariuc (1967) care spune că biocenoza este ,,un al treilea nivel de organizare a materiei vii, ea apărând astfel ca o formă universală a materiei vii”. N. Botnariuc şi A.Vădineanu (1982) defineşte biocenoza ca fiind,, un sistem supraindividual, ce reprezintă un nivel de organizare al materiei vii, alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţional.

13

Fig.1.2. Biosfera – zonare verticală şi repartiţia suprafeţelor ocupate de marile sale subdiviziuni. ( Fr. Ramade,1974, Elements d'écologie appliquée)

# Biosfera este sistemul biologic global al Terrei (include partea inferioară a atmosferei, partea superioară a uscatului (litosfera - 148 Mio Km2) şi hidrosfera (369 Mio Km2), care prin structura sa biologică captează energia solară, o acumulează sub forma compuşilor organici, interacţionează cu crusta terestră şi alte geosfere, influenţând structura acestora şi determină fluxurile materiale şi energetice de pe Terra (fig.1.2)15. Este un sistem cibernetic planetar, care prin numeroase feedback-uri controlează amploarea variaţiilor de temperatură menţinând aproximativ constantă compoziţia şi proporţia gazelor în atmosferă, compoziţia chimică a apelor oceanice, structura şi caracteristicile solului. 15Noţiunea

de biosferă a fost dezbătută pentru prima dată de către Lamarck (1809) în lucrarea Filozofia zoologică. Ea a fost explicată mult mai târziu într-o carte despre formarea Alpilor de către Suess (1875) şi dezvoltată ulterior în lucrarea ,,Faţa Terrei,, (1883). În anul 1907, filozoful francez Henri Bergson a introdus noţiunea de biosferă în lucrarea ,,L'évolution créatrice,, (Aeschimann, 1991). În anii următori, viziuni noi despre această noţiune au avut savantul rus Vladimir Vernadscki care a publicat prima monografie despre biosferă în rusă (1926) şi în franceză (1929) şi Pierre Teilhard de Chardin (viziune antropocentrică). Într-o perspectivă sistemică, anumiţi ecologi preferă să utilizeze termenul de ecosferă (Cole. 1953) în locul celeui de biosferă.

14

# Deteriorarea mediului presupune alterarea caracteristicilor fizico-chimice şi structurale ale componentelor naturale şi antropice ale mediului, reducerea diversităţii sau productivităţii biologice a ecosistemelor naturale şi antropizate, afectarea mediului natural cu efecte asupra calităţii vieţii, cauzate, în principal, de poluarea apei, atmosferei şi solului, supraexploatarea resurselor, gospodărirea şi valorificarea lor deficitară, ca şi prin amenajarea necorespunzătoare a teritoriului. # Dezvoltarea durabilă este acea dezvoltare care satisface cerinţele prezente fără a compromite generaţiile viitoare, de a-şi satisface propriile cerinţe. # Echilibru ecologic - ansamblul stărilor şi interrelaţiilor dintre elementele componente ale unui sistem ecologic, care asigură menţinerea structurii, funcţionarea şi dinamica armonioasă a acestuia;

Fig. 1.3. Diagramă simplificată a ecosistemului (după Lebreton, 1978)

# Sistemul de interacţiuni complexe dintre specii şi dintre acestea şi mediu este numit ecosistem16 (fig.1.3). Elaborarea acestei noţiuni şi introducerea ei în ştiinţă îi aparţine botanistului englez A.C.Tansley (1935). Ecosistemul este un sistem deschis, cu o alcătuire complexă dată de cele două subsisteme componente şi anume biotopul (mediul fizico-chimic, abiotic) şi biocenoza (totalitatea vieţuitoarelor, comunitatea de plante, animale, microorganisme care au ca suport un anumit biotop). Un ecosistem poate fi simplu sau complex, în funcţie de numărul de nişe ecologice în care organismele se pot dezvolta. Cu cât există mai multe nişe specializate cu atât sistemul este mai complex. In general, sistemele cele mai complexe se regăsesc acolo unde factorii limitativi sunt mai puţin numeroşi, iar fluctuaţiiile climatice sunt de mică amplitudine. # ecotipul sau rasa ecologică se caracterizează prin diferenţierea populaţiilor în funcţie de condiţiile ecologice. De exemplu, în cadrul aceleiaşi specii 16S.

Frontier (2004) apreciază că în ecuaţia: ,,ecosistem = biotop+biocenoză,, folosită ca definiţie, semnul + evocă o ,,adiţie,, sau o ,,juxtapunere,,, ceea ce nu rezultă în realitate unde au loc interacţiuni între specii, între specii şi diversele elemente ale biotopului, precum şi interacţiuni indirecte între speciile care se adaptează la modificările biotopului. Această soluţie se regăseşte şi teoria generală a sistemelor.

15

de peşti pot exista rase care se înmulţesc aproape de suprafaţa apei şi rase care preferă pentru înmulţire zonele adânci ale apei. # populaţia locală reprezintă unitatea fundamentală în cadrul speciei; ea este o unitate neomogenă ce prezintă o serie de diferenţieri gradate în interiorul ei: ™ ecoelementul reprezintă componenta ecologică a populaţiei locale; ™ grupul morfobiologic în care se pot reuni categorii de indivizi deosebiţi prin caracteristici morfologice; ™ biotipul constituie cel mai simplu element de structură al populaţiei; cuprinde o serie de indivizi caracterizaţi printr-o anumită structură genetică, care se deosebesc de alţi indivizi prin cel puţin o mutaţie17. # Ecotonul reprezintă o zona de tranziţie dintre două ecosisteme caracterizată printr-o mare diversitate. # Habitatul este mediul pe care îl întâlneşte fiecare specie într-o comunitate, el fiind compus din mediul fizic, mediul chimic şi mediul biologic (populaţiile celorlalte specii care alcătuiesc biocenoza). Noţiunea de „habitat natural”, aşa cum este definită în Directiva Habitate nr.92/43/CEE privind conservarea habitatelor naturale, a florei şi faunei sălbatice, se referă la zone terestre sau acvatice ce se disting prin caracteristici geografice, abiotice şi biotice, în întregime naturale sau seminaturale. Habitatele naturale şi seminaturale, întâlnite la nivel naţional caracterizează mediul acvatic, terestru şi subteran: ™ habitate acvatice – habitate marine, costiere şi de apă dulce; ™ habitate terestre – habitat de pădure, de pajişti şi tufărişuri, habitat de turbării şi mlaştini, habitat de stepă şi silvostepă; ™ habitate subterane – habitat de peşteră. # Nişa ecologică indică funcţia unei specii, câmpul ei de activitate, relaţiile cu comunitatea de specii. # Noosfera este un termen utilizat de unii autori pentru a desemna biosfera modificată de om. Alţi autori folosesc noţiunea de tehnosferă, aceasta desemnând o biosferă modernă, în care numeroase ecosisteme naturale sunt mai mult sau mai puţin deteriorate sau înlocuite de ecosisteme agricole, urbane sau industriale. # Populaţia este constituită din totalitatea indivizilor unui specii care trăiesc pe un teritoriu bine delimitat şi care prezintă caractere proprii (sau altfel spus, sistemul alcătuit din indivizi de origine comună, din aceeaşi specie, care alcătuieşte o unitate funcţională şi reproductivă, ataşată unui anumit biotop). # Sistemul reprezintă un ansamblu de elemente unite prin diferite conexiuni şi care constituie un întreg organizat ce funcţionează cu o calitate proprie. # Specia este o unitate taxonomică fundamentală a lumii vii, ce reprezintă un nivel de organizare a materiei în care sunt integrate populaţiile provenite din strămoşi comuni, cu aceeaşi zestre ereditară şi caractere distincte. 17Petruta

Cornea, 2004, Biologie generală şi evoluţionism, Seria Biologie-Agricultură, p. 178.

16

2 Teoria generală a sistemelor 2.1. Concept Teoria generală a sistemelor a fost formulată de L.von Bertalanffy în lucrarea ,,Biologie teoretică,, apărută în anul 1932. Sistemul este definit în ,,Enciclopedia Universală1,, ca fiind ,,un ansamblu de fenomene şi evenimente independente care sunt extrase din lumea exterioară printr-o acţiune intelectuală arbitrară, vizându-se tratarea acestui ansamblu ca un întreg”. Din această definiţie rezultă că niciun sistem real nu poate exista izolat, ci el trebuie să aparţină unui sistem mai cuprinzător în cadrul căruia are anumite atribuţii. În literatură se găsesc numeroase definiţii ale sistemului2. N. Botnariuc şi A. Vădineanu (1982)3 consideră că sistemul reprezintă ansamblul de elemente identice sau diferite unite între ele prin cele mai diferite conexiuni, care constituie un întreg organizat ce funcţionează cu o calitate proprie. Noţiunea de sistem are o mare importanţă pentru ştiinţă. Prin compararea sistemelor se pot evidenţia unele trăsături comune ale lor, trăsături ce ne permit înţelegerea mai profundă a modului în care sunt organizate, cum funcţionează şi care sunt relaţiile dintre ele şi mediul înconjurător. 2.2. Clasificarea sistemelor Din punct de vedere al relaţiilor cu mediul, al schimbului de materie şi/sau energie, sistemele pot fi clasificate în trei categorii (I. Prigogine, 1955): izolate, închise şi deschise. Sisteme izolate sunt acelea care nu realizează nici un fel de schimburi, materiale sau energetice, cu mediul înconjurător. Ele sunt considerate sisteme ideale şi nu există în natură. Sistemele închise sunt sistemele care realizează cu mediul doar schimburi energetice nu şi materiale. Ele pot fi create în mod artificial, ca de exemplu: termosul, în care se pot păstra stabil anumite volume de lichid, fără modificări cantitative dar cu schimbări ale temperaturii (pierderea căldurii iniţiale – dacă lichidul a fost cald, sau încălzirea acestuia, dacă temperatura iniţială a fost scăzută). Sistemele deschise sunt sistemele naturale, care au cu mediul atât schimburi energetice cât şi materiale. In grupul sistemelor deschise intră toate sistemele biologice şi cele mai multe sisteme lipsite de viaţă (o stâncă, un motor etc.). 1J.

Hebenstreit, Principiile ciberneticii, vol. 5, 1985, p.909. se vedea, I. Puia şi colab, 2001, Agroecologie şi Ecodezvoltare; Ed. Academicpres, Cluj – Napoca. 3Ecologie, Ed. Didactică şi Pedagogică Bucureşti, p. 19. 2A

17

Sistemele biologice sunt sisteme deschise care se deosebesc de cele anorganice printr-o serie de însuşiri, dintre care unele sunt deosebit de importante din punct de vedere ecologic. Dacă în sistemele deschise anorganice schimburile cu mediul nu implică transformarea condiţiilor de mediu în factori specifici sistemului (un motor, de exemplu), în cele biologice, aceste schimburi reprezintă o condiţie vitală. Materialul intrat în sistem este transformat în condiţii proprii ale sistemului biologic, acesta refăcând şi înlocuind părţile uzate şi degradate. 2.3. Caracteristicile sistemelor biologice Sistemele biologice prezintă o serie de caracteristici generale care le deosebesc de cele anorganice şi anume: caracterul istoric, informaţional, integralitatea, echilibrul dinamic, dependenţa de condiţia iniţială, programul, autoreglarea, autoorganizarea şi autoreproducerea4. Caracterul istoric Pentru a se putea explica structura şi organizarea unui sistem anorganic este suficient să se cunoască starea elementelor componente. De exemplu, pentru a explica organizarea unei molecule oarecare este suficient să se cunoască însuşirile atomilor componenţi şi legăturile dintre ei. În sistemele biologice însă, întrucât însuşirile unui organism reprezintă rezultatul evoluţiei, nu este suficientă cunoaşterea actuală a elementelor, ci trebuie cunoscută şi istoria sistemului luat în studiu (adică legăturile lui de înrudire). Fiecare organism conservă în patrimoniul său ereditar istoria populaţiei din care face parte5. De exemplu, omologia membrelor unor mamifere (cum ar fi: aripa liliacului sau piciorul calului) poate fi explicată prin faptul că mamiferele respective descind dintr-un strămoş comun. In acest fel, se poate spune că structura actuală a sistemului biologic (în exemplul dat, al mamiferelor), este rezultatul istoric al structurii formei iniţiale, de origine a grupului mai general din care face parte sistemul dat (în cazul nostru, vertebratele)6. Însuşirile sistemelor sunt considerate ca esenţiale în procesul evolutiv, în dinamica sistemelor biologice. O schimbare nesemnificativă a condiţiei iniţiale poate determina modificări importante ale sistemului. De exemplu, depăşirea nivelului normal al concentraţiei unor nutrienţi (azot, fosfor) dintr-un lac determină apariţia eutrofizării; sub influenţa condiţiilor de mediu variabile, pot avea loc modificări ale compoziţiei specifice anumitor biocenoze (iniţial a producătorilor de substanţă organică, iar ulterior a întregii reţele trofice).

4N.

Botnariuc, 1999, op. cit p.28. se vedea Allen, Craig D.; Betancourt, Julio L.; Swetnam, Thomas W., 1999, Applied Historical Ecology: Using The Past To Manage For The Future (www.encyclopedia.com). 6Cornea Petruţa, 2004, op.cit., p. 21. 5A

18

Caracterul informaţional Sistemele biologice sunt sisteme informaţionale care pot să recepţioneze, prelucreze şi să acumuleze informaţii primite din mediu, urmând ca la rândul lor, în anumite momente, să transmită informaţii către alte sisteme pentru o cât mai bună integrare cu acestea, dar şi pentru transformarea lor. N. Wiener (1963), fondatorul ciberneticii, arată că ,,informaţia apare ca o necesitate discontinuă sau continuă de evenimente măsurabile, repartizate în timp”. Transmiterea informaţiei se realizează prin succesiuni de semnale (evenimente). Un organism (o populaţie) poate recepţiona şi transmite informaţii pe căi fizice (sunete, culori), chimice (miros, substanţe chimice din sol) şi fiziologice (comportamente diferite, gesturi etc.). Înregistrarea şi transmiterea informaţiei generează însă entropie (stare de dezorganizare a echilibrului ecologic). Aceasta deoarece procesele sunt legate de un substrat material (unde sonore, substanţe chimice) care se realizează cu o cheltuială de energie. Fiecare sistem biologic înregistrează informaţia în modul său propriu, caracteristic. De exemplu, la indivizii biologici, o modalitate de transmitere a informaţiei ereditare este codul genetic, care constă din succesiunea nucleotidelor din macromoleculele acizilor nucleici; o populaţie înregistrează informaţia prin trăsăturile sale structurale (structura genetică pe vârste, sex, spaţială, etc.), desfăşurând o anumită activitate prin care modifică într-un anume fel ecosistemul în care este inclusă. Cantitatea de informaţie depinde de gradul de organizare al sistemului. Cu cât un sistem este mai organizat, cu atât el conţine o cantitate mai mare de informaţie. Dar, întrucât sistemele biologice evoluează în timp şi cantitatea de informaţie creşte (un organism tânăr are o organizare şi un grad de informaţie inferior unuia adult). Pentru a se asigura conservarea sistemului, tendinţa generală care se manifestă în decursul evoluţiei sistemului biologic este de a realiza cantitatea optimă de informaţie şi nu pe cea maximă. Un rol important revine şi fidelităţii cu care este transmisă informaţia. Ea poate fi afectată de erori determinate atât de factori interni cât şi de factori externi. Un mijloc de asigurare a fidelităţii mesajului îl constituie fenomenul de redundanţă. Acesta constă în transmiterea informaţiei într-o formă dezvoltată, precum şi în repetarea ei (de ex. caracterul dublu al garniturii cromozomice în celulele organismelor). W. Elsasser (1958) aprecia că ,,un mesaj este redundant când nu este în forma lui cea mai scurtă’’. Potrivit principiului lui Dancoff ,,orice organism sau organizaţie care progresează prin evoluţia competitivă se apropie de acest optim, adică el va comite cu atât mai puţine erori cu cât progresează şi foloseşte minimum de informaţie redundantă necesară spre a menţine erorile la acest nivel”. De aici rezultă că nivelul informaţiei redundante într-un sistem, trebuie să fie limitat, chiar dacă este un sistem cu un conţinut enorm de informaţie (fiinţa vie). Acest principiu are importanţă în special în dinamica şi structura populaţiilor. Redundanţa excesivă este inutilă şi chiar dăunătoare, pentru că duce la pierdere de energie şi chiar la alterarea informaţiei (de ex. poliploidia, suprapopulaţia). Tendinţa sistemelor 19

biologice este de a realiza redundanţa optimă, care să asigure fidelitatea necesară transmiterii informaţiei cu minimum de pierderi. Această însuşire este esenţială pentru procesul de integrare al organismelor în mediul de viaţă, având consecinţe la nivelul organizării sociale, a relaţiilor intra şi interspecifice, a relaţiilor cu resursele mediului şi condiţiile de viaţă7. Integralitatea Aceasta este o trăsătură generală a sistemelor deschise cu importanţă deosebită pentru sistemele biologice. Ea arată că sistemul integrator posedă însuşiri noi faţă de cele ale părţilor componente datorită numeroaselor conexiuni dintre acestea. Însuşirile sistemului nu se pot reduce la suma însuşirilor părţilor lui componente deoarece din interacţiunea acestora apar trăsături noi ale părţilor şi trăsături proprii ale întregului. De exemplu, o biocenoză are însuşiri diferite (productivitatea biologică) de cele ale populaţiilor componente; o populaţie are anumite însuşiri (densitate, structură) pe care nu le are individul. Cauza diferenţelor o reprezintă legăturile diferite ale populaţiei cu hrana, duşmanii şi factorii biologici din cele două ecosisteme etc. Acelaşi lucru putem afirma şi despre sistemele anorganice (apa are însuşiri cu totul diferite de ale hidrogenului şi oxigenului care o compun). În vederea persistenţei lui în timp un sistem trebuie să-şi păstreze subsistemele componente. Lipsa unui subsistem, datorită interdependenţelor, produce disfuncţionalităţi ale întregului şi chiar distrugerea lui. De exemplu, în cazul majorităţii funcţiilor unui organism: respiraţie, termoreglare etc. Studiind integralitatea unui sistem ne dăm seama de importanţa consecinţelor metodologice (rezultatele cercetărilor de laborator cu unele populaţii trebuie confruntate cu datele din teren pentru a avea o reprezentare cât mai corectă)8. Integralitatea, o dată realizată, poate deveni cauza unor noi diferenţieri, care vor duce la creşterea conţinutului informaţional al sistemului dat. Integralitatea nu este la fel de dezvoltată în cadrul tuturor sistemelor biologice. Ea este mai pronunţată la organismele individuale, mai puţin pronunţată la populaţii - se realizează ca urmare a diferenţelor morfo-funcţionale şi comportamentale intrapopulaţionale (între diferite grupări din structura populaţiei) şi prin schimburi informaţionale între indivizi rezultând coeziunea, dar şi independenţa indivizilor aparţinând unei populaţii şi scade la nivelul biocenozei. Dezvoltarea integralităţii coincide cu creşterea organizării sistemului şi are ca efect şi, sporirea eficacităţii autocontrolului şi echilibrului său dinamic9.

7Petruţa

Cornea, op. cit, p. 22. Botnariuc, 1982, op. cit., p.21. 9Gh. Mohan, A. Ardelean, 1993, Ecologie şi protecţia mediului. Manual pregătitor. Ed.Scaiul – Bucureşti, p. 11-12. 8N.

20

Programul Constă în reacţiile unui sistem biologic de-a lungul evoluţiei lui la diferite condiţii de mediu. Structura unui sistem biologic nu este rigidă. Un program reprezintă o stare posibilă a unui sistem biologic ca urmare a schimbărilor intervenite în mediul cu care este în contact. Această trăsătură este legată de însuşirile structurale, funcţionale şi comportamentale ale sistemului biologic care se pot modifica între anumite limite şi care permit realizarea unor stări diferite. Întrucât orice sistem biologic are mai multe stări posibile putem spune că are la fel de multe programe. Dar, se realizează numai acele programe pentru care există condiţii de mediu potrivite10. De exemplu, seminţele în condiţii de uscăciune se menţin în stare de repaus, iar în condiţii de umiditate, germinează. În orice sistem există o ierarhie de programe. Ele au fost clasificate astfel (Amosov11): ™ programe proprii sau “pentru sine” – adică stările structurale care asigură autoconservarea sistemului dat. Exemple în acest sens sunt: programele care asigură absorbţia apei şi a elementelor nutritive, sintetizarea substanţelor organice de către plante; un organism ce face parte dintr-o populaţie posedă o serie de instincte şi reflexe de apărare, de asigurare a hranei etc. ™ programe inferioare– programele subsistemelor componente ale organismului. De exemplu, în cazul unei celule - programele organitelor celulare, al amiloplastelor; în cazul unui organism - programele celulelor, ţesuturilor şi organelor. ™ programe superioare – reflectă rolul, funcţia unui subsistem dat în asigurarea existenţei sistemului superior în care este integrat. Exemplu – programele ce asigură reproducerea şi înmulţirea plantelor sau animalelor. Programele sistemelor biologice pot fi modificate într-o oarecare măsură în sensul dorit de om. Exemple: domesticirea animalelor, cultivarea plantelor, orientarea metabolismului în anumite direcţii etc. Echilibrul dinamic Este o stare caracteristică a sistemelor biologice şi reprezintă o consecinţă a însuşirii fundamentale a sistemelor deschise de a întreţine un permanent schimb de substanţă şi energie cu sistemele înconjurătoare. În cazul sistemelor anorganice nu putem vorbi despre un echilibru dinamic. Conservarea lor în timp depinde de gradul lor de izolare faţă de sistemele înconjurătoare. Spre deosebire de acestea, sistemele biologice îşi au existenţa condiţionată de menţinerea relaţiilor materiale, energetice şi informaţionale cu mediul. Ele au capacitatea de autoreînoire (premisa dezvoltării şi a evoluţiei), dar îşi păstrează individualitatea determinată genetic, realizând un echilibru dinamic între stabilitate şi schimbare. Sistemele biologice, pe seama surselor de energie exterioare 10D.

Şchiopu, 1997, op.cit., p.18. de N. Botnariuc, A. Vădineanu, 1982, op. cit, p. 23.

11Citat

21

sistemului, au capacitatea de a rezista în mod activ la variaţiile necontrolabile ale mediului ambiant, de a compensa creşterea entropiei şi de a o depăşi (au un comportament antientropic, care permite de exemplu, creşterea cantităţii de substanţă organică, realizarea producţiei biologice). In cazul nivelului populaţional, se remarcă un echilibru dinamic în privinţa numărului indivizilor dintr-o populaţie, a structurii genetice, pe vârste, sexe etc., cu creşteri sau scăderi dependente de condiţiile de mediu, ce oscilează în jurul valorii ideale (raport între numărul de indivizi – nivelul sursei de hrană – dimensiunea spaţiului ocupat). Eterogenitatea internă Sistemele biologice nu sunt omogene ci sunt alcătuite din elemente mai mult sau mai puţin diferite. Evoluţia lor implică creşterea complexităţii şi deci a eterogenităţii lor interne. Cu cât sistemul este mai complex cu atât există mai multe conexiuni între subsistemele componente şi creşte stabilitatea lui. Dar, în acelaşi timp, creşte şi vulnerabilitatea acestuia, în sensul că deteriorarea unui subsistem produce perturbări întregului (creşte complexitatea ⇒ creşte numărul de subsisteme ⇒ cresc punctele vulnerabile (N. Botnariuc, 1982). În concluzie, există un anumit grad de eterogenitate (optimă) spre care tinde orice sistem biologic, care îi permite conservarea lui în timp. Autoreglarea Menţinerea sistemelor biologice este posibilă numai dacă acestea pot să controleze procesele lor interioare, contracarând acţiunea mediului, care are tendinţa să dezorganizeze sistemul. Ex.: - densitatea la grâu se realizează prin înfrăţire. Constituirea genofondului unei specii este un proces lent determinat de autoreglare şi adaptare. Sistemele biologice sunt sisteme cibernetice (fig. 2.1). De aceea, orice sistem este organizat într-un mod care să-i permită: ™ recepţia informaţiei; ™ circulaţia, acumularea şi prelucrarea informaţiei; ™ selecţia răspunsului; ™ efectuarea răspunsului sistemului faţă de stimuli.

Fig. 2.1. Schema unui sistem autoreglabil

22

Funcţionarea coordonată a sistemelor biologice se bazează pe existenţa conexiunii inverse (a feedback-ului – fig. 2.2), prin care valoarea răspunsului este comunicată la dispozitivul receptor şi apoi la centrul de comandă şi este comparată cu comanda emisă. Astfel, dacă între această valoare şi comandă există o diferenţă (situaţie care se întâmplă de obicei) ea se transformă într-o nouă comandă care determină un nou răspuns ş.a.m.d. Conexiunea inversă poate fi două tipuri: negativă şi pozitivă. Cea mai răspândită modalitate de autoreglare este conexiunea inversă negativă care are efect stabilizator asupra sistemului. Prin aceasta se reduc efectele perturbărilor, adică depăşirea unui anumit prag al variaţiei parametrilor de stare ai sistemului. De exemplu, un model simplu de realizare a conexiunii negative este reprezentat de termostat: creşterea valorii temperaturii determină oprirea curentului până la restabilirea temperaturii potrivite. Alte exemple: un animal homeoterm, la scăderea temperaturii, va răspunde printr-o modificare a mecanismului fiziologic de termoreglare, iar dacă acest mecanism este suprasolicitat şi este insuficient, recurge la găsirea unui adăpost sau la gruparea cu alţi indivizi, limitând astfel pierderile de căldură.

Fig. 2.2. Reprezentarea simplificată a sistemului de reglare feedback între diferitele niveluri de organizare (intensitatea culorii indică tăria interacţiei) In cazul feed-back-ului pozitiv, răspunsurile sistemului sunt permanent amplificate. Fără existenţa unor mecanisme reglatorii, un asemenea tip de autoreglare ar putea duce la autodistrugerea sistemului, deci la schimbarea profundă a stării lui. Exemple: ™ în timpul naşterii la mamifere are loc o eliberare mare de ocitocină, au loc contracţii puternice care, la rândul lor determină o sporire a nivelului hormonului respectiv şi apoi din nou a contracţiilor. Procesul are loc până la 23

expulzarea fătului şi puţin după aceasta, după care nivelul ocitocinei scade, ca urmare a intervenţiei unor mecanisme suplimentare12; ™ aprovizionarea în exces cu azot a plantelor, în condiţii favorabile de umiditate, determină creşterea suprafeţei foliare, creşterea posibilităţii de asimilare, creşte masa vegetală, lucru ce poate implica pierderea rezistenţei la boli a plantei, rezistenţa la cădere etc. În realitate, în cadrul sistemelor biologice feed-back-ul pozitiv este cuplat cu feed-back-ul negativ, ceea ce asigură realizarea echilibrului dinamic. În acest fel funcţionează sistemul de menţinere a parametrilor mediului intern de la om (temperatura corpului, concentraţia de glucide, presiunea sângelui, valoarea pH, etc.). Autoreglarea evidenţiază comportamentul activ al unui organism faţă de variaţiile mediului: el alege activ hrana, caută şi îşi face adăpostul, evită duşmanii sau se luptă cu ei, apără descendenţii alege mediul cu condiţiile favorabile etc. Procesul de autoreglare se manifestă şi în cazul sistemelor biologice supraindividuale (populaţie, biocenoză, biosferă), el conducând la menţinerea sistemului respectiv în condiţii specifice de mediu. De exemplu, în cazul unei biocenoze de pădure, un factor perturbator poate fi constituit de înmulţirea exagerată a insectelor defoliatoare. Dacă acest factor nu ar fi contracarat, existenţa întregului ecosistem ar fi pusă sub semnul întrebării. Refacerea echilibrului normal dintre speciile biocenozei se realizează, de exemplu, prin intervenţia păsărilor insectivore (prin înmulţirea lor). Autoreglarea la nivel populaţional este mai puţin promptă şi eficientă decât la individual. Se realizează prin diferite mecanisme de feed-back intrapopulaţional şi cu mediul. Se referă mai ales la caracteristicile populaţionale ce ţin de rata reproducerii, nivelul numeric al populaţiei, densitatea, dinamica în timp, structura pe vârste, raportul dintre sexe, etc. Feed–before13 este un mecanism de anticipare, de prevenire. De exemplu: văzul permite orientarea în timpul mişcării şi prevenirea accidentelor; puii de cucuvele sunt hrăniţi cu cantităţi de pradă ce scade de la puiul mare la cel mai mic. Şansa de supravieţuire scade în acest sens rezultând prevenirea suprapopulaţiei cu răpitoare care ar duce la riscul dispariţiei speciei ce constituie prada; procesele de organogeneză la grâu; căderea fiziologică a fructelor etc. Autoorganizarea Reprezintă capacitatea sistemelor de a realiza o anumită structură prin acumularea de informaţie. De exemplu, dirijarea elaboratelor în cadrul organismului pentru formarea, creşterea sau întreţinerea ţesuturilor sau organelor.

12Cornea

Petruţa, 2004, op. cit., p. 23. T.P.D, Reflexivity and feed-before: from sociology to systemics, Kybernetes: The International Journal of Systems & Cybernetics, Volume 26, Number 67, 1997 , pp. 751768(18).

13Guzman

24

În ecosistemele agricole se poate interveni prin tăierile de formare şi rodire aplicate pomilor care îşi vor dirija substanţele elaborate în modul dorit de om; sau prin folosirea substanţelor de creştere sau inhibitoare (D. Şchiopu., 1997) etc. Autoreproducerea Autoreproducerea este mecanismul prin care un sistem generează alt sistem de configuraţie asemănătoare. Din punct de vedere ecologic autoreproducerea este o funcţie esenţială a populaţiei. Este unitatea reproductivă elementară deoarece numai la nivelul ei se pot asigura celelalte trăsături necesare pentru asigurarea supravieţuirii populaţiei. 2.4.Ierarhia sistemelor biologice Un concept important în biologie este acela că organismele sunt forme speciale de organizare a materiei care interacţionează cu mediul înconjurător la mai multe niveluri. De aceea atunci când căutăm răspunsuri la o problemă particulară putem să o abordăm la diferite niveluri simultan. Astfel, trebuie să înţelegem, pe de o parte, atât moleculele din care sunt constituite organismele vii cât şi modul în care acestea sunt încorporate în celule, cum funcţionează ţesuturile, organele sau sistemele din care sunt alcătuite acestea, iar pe de altă parte, cum populaţiile şi ecosistemele sunt afectate de modificările la nivelul unui organism individual. Problema structurii ierarhiilor biologice este preocuparea unui număr mare de biologi: Bertalanffy, Botnariuc, May Laslo, etc. (Botnariuc, 1999). Nivelurile cuprinse în ierarhie pot fi niveluri de integrare (cuprind sisteme vii şi nevii molecule, atomi) sau de organizare (fig.2.3). Ierarhia organizatorică (sistemică) - reprezintă ierarhia nivelului de organizare a materiei vii. Pentru a defini noţiunea de nivel de organizare au fost propuse mai multe criterii: ™ sistemele biologice aparţinând unui nivel trebuie să fie echivalente din punct de vedere organizatoric, ™ să aibă caracter universal, ™ să fie capabile de existenţă de sine stătătoare.

25

Fig. 2.3. Ierarhia sistemică

Fig. 2.4. Exemplu de niveluri de organizare (după E. Ross, Concept in biology, McGraw-Hill, 2002, p. 239)

26

Pornind de la criteriile enunţate pot fi deosebite următoarele tipuri de niveluri de organizare (fig. 2.4): 1. Nivelul individual, care include toate biosistemele reprezentate de organismele animale sau vegetale, toţi indivizii biologici, indiferent de gradul lor de evoluţie. 2. Nivelul populaţional, cuprinde totalitatea populaţiilor. 3. Nivelul biocenotic, reprezentat de comunităţi de plante şi animale (biocenoze), care se comportă ca sisteme biologice complexe. 4. Nivelul biomic, care cuprinde biocenoze similare ca aspect şi care corespund unor condiţii abiotice asemănătoare, determinate de zonele de latitudine ale Terrei. 5. Nivelul biosferei, reprezentat de ansamblul vieţii pe Pământ, adică de sistemul biosferei. Nivelul individual este reprezentat prin organisme individuale. Individul biologic reprezintă forma elementară şi universală de existenţă şi organizare a lumii vii. Sistemele ce intră în alcătuirea unui organism individual constituie ierarhia somatică. În ierarhia somatică sunt integrate atât sisteme lipsite de viaţă cât şi sisteme vii, alcătuind ceea ce se numeşte nivel de integrare (Botnariuc, 1999). La nivelul acestui biosistem se manifestă legea specifică organismului biologic şi anume, metabolismul, care în esenţă este procesul prin care materia pătrunsă în organism este transformată de către acesta în substanţă proprie şi datorită căruia individul biologic poate exista, se dezvolta şi creşte. O altă însuşire specifică nivelului individual este legată de ereditate şi variabilitate. Nivelul populaţiei (al speciei) este sistemul supraindividual, infraspecific care poate exista, de sine stătător, timp nedeterminat. Populaţia este forma elementară de existenţă a speciei (specia este reprezentată de cel puţin o populaţie în condiţii naturale) şi reprezintă unitatea elementară a evoluţiei şi obiectul principal al selecţiei. Procesul caracteristic al populaţiei îl reprezintă relaţiile intraspecifice (intrapopulaţionale), contradictorii şi unitare în acelaşi timp, care determină organizarea şi funcţionarea sistemului în cadrul ecosistemului (Botnariuc, 1999). Deşi populaţiile sunt unice într-un anumit sens, ele au caracteristici generale, diferite de ale indivizilor care intră în componenţa lor cum sunt: anumite relaţii ce se stabilesc între indivizii aceleiaşi populaţii (relaţii intraspecifice), o anumită structură a efectivului populaţiei (structura de sexe, structura de vârste), un mod de funcţionare specific, o anumită durată de activitate (longevitate specifică). La nivelul populaţiei se manifestă selecţia naturală şi deci adaptarea speciilor la fluctuaţiile factorilor de mediu. De asemenea la nivelul populaţiei se manifestă tendinţa dispersiei indivizilor din zonele cu densitate crescută spre locaţii cu o mai mică densitate. O altă caracteristică a populaţiei este aşa numita capacitate de suport, ceea reprezintă de fapt media numărului maxim de indivizi pe care o populaţie îl poate atinge în anumite condiţii date. Nivelul biocenotic cuprinde totalitatea populaţiilor ce interacţionează şi formează un întreg la nivelul unui anumit teritoriu specific numit biotop. 27

Procesul caracteristic, contradictoriu şi unitar, al ecosistemului este reprezentat de relaţiile interspecifice, relaţii care sunt de obicei complementare din punct de vedere funcţional (producători primari, consumatori, descompunători). Ecosistemul reprezintă mediul care generează selecţia naturală şi în care se desfăşoară evoluţia populaţiei. La nivelul biocenozei, ca rezultat al relaţiilor dintre specii sau populaţii ale diferitelor specii, se manifestă o altă caracteristică a acestui tip de sistem biologic şi anume productivitatea biologică. Nivelul biomilor este alcătuit dintr-un complex de ecosisteme diferite care ocupă un teritoriu geografic întins în anumite zone climatice ale globului. Influenţaţi de latitudinea şi altitudinea geografică, de temperatură şi regimul precipitaţiilor, biomii tereştri sunt diferiţi şi includ variate tipuri de păduri, întinderi ierboase (stepă, savana,tundră etc.) şi zone deşertice. Aceşti biomi includ de asemenea comunităţile specifice bazinelor acvatice incluse (lacuri, bălţi, mlaştini, zone umede). Diversitatea speciilor de animale, precum şi a speciilor vegetale subdominante, care sunt de regulă caracteristice fiecărui biom, este controlată de condiţiile de mediu şi de productivitatea vegetaţiei dominante. La nivelul biomilor pot fi observate adaptarea speciilor şi specializarea nişelor trofice. La unii biomi (deşert, ocean, tundră), factorii fizici (presiunea şi temperatura scăzută, precipitaţiile) sunt cei care controlează biocenoza şi determină stabilitatea întregului biom (vezi cap.10).

28

3 Surse de energie Toate organismele depind de aportul energetic (provenit de la soare sau din moleculele cu energie înaltă), de disponibilitatea apei şi a nutrienţilor pentru metabolism şi dezvoltare. Cu excepţia câtorva ecosisteme (unele peşteri, sisteme hidrotemale de mare adâncime) în care energia solară nu este principala sursă de energie întreaga energie utilizată de organismele vii provine (ori a provenit odată) de la soare. Chiar combustibilii fosili – cărbunii, petrolul şi gazele naturale - pe care se bazează astăzi economia civilizaţiei moderne sunt de fapt rezerve de energie solară captată şi depozitată în fosilele organismelor ce au trăit cu milioane de ani în urmă.

Fig. 3.1. Bilanţul radiaţiei solare. (http://www.eoearth.org) 3.1. Radiaţia solară Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară (fig. 3.1). Energia emisă de Soare este în jur de 73,5 x 106 Wm-2 din care Pământul primeşte numai 0,0005%. Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse între 1 Ǻ (Angstrom, 1Ǻ = 10-10 m) şi câţiva kilometri (în cazul undelor radio lungi). Radiaţia solară care ajunge la limita superioară a atmosferei este în principal de undă scurtă (0,25-4μm)- (aprox. 99%). Din aceasta, aproximativ 9% reprezintă radiaţie situată în domeniul 29

ultraviolet, 42% în domeniul vizibil, iar 48% în domeniul infraroşu. Lumina vizibilă, perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio, microundele, radiaţiile infraroşii, lumina vizibilă, radiaţiile ultraviolete, radiaţiile x şi radiaţiile gamma (fig. 3.2)

Fig.3.2. Tipuri de radiaţii electromagnetice şi domeniul lungimilor de undă caracteristice (http://www.physicalgeography.net) Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu atmosfera şi suprafaţa pământului. Cantitatea de energie solară care ajunge în straturile superioare ale atmosferei este de 2 calorii/cm2/minut (constanta solară). Aceasta variază în funcţie de latitudine (în zonele nordice intre 40-50 kcal/cm2/an, în cele temperate 80-100, iar în deşerturile tropicale peste 200 kcal/cm2/an, în zona Deltei Dunării – 130 kcal/cm2/an), altitudine (la fiecare 1000 m intensitatea radiaţiei solare incidente creşte cu 5-15%, în funcţie de mai mulţi factori), anotimp, expunere, pantă etc. Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pământului este mai redusă decât valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia, ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră. La suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 1,6 cal/cm2 şi pe minut. La traversarea atmosferei terestre, radiaţia solară suferă modificări cantitative şi calitative datorită fenomenelor de absorbţie şi difuzie. Intensitatea acestor fenomene este proporţională cu parcursul prin atmosferă care depinde de unghiul de înălţime al Soarelui. O primă modificare pe care radiaţia solară o suferă este datorată absorbţiei selective de către gazele şi vaporii de apă din atmosferă. Din punct de vedere cantitativ se remarcă absorbţia datorată vaporilor de apă la 1100, 1400, 1600 şi 1900 nm; absorbţia radiaţiilor solare cu lungimi de undă mai mici de 300 nm de către ozon (care asigură protecţia organismelor vii împotriva radiaţiilor UV); absorbţia radiaţiilor cu lungimile de undă de 2750, respectiv 4250 nm datorată prezenţei CO2 30

şi a celor cu lungimi de 690 şi 760 nm de către O2. Difuzia atmosferică este datorată interacţiunii radiaţiei solare cu moleculele constituenţilor atmosferici şi cu aerosolii aflaţi în suspensie în aer şi are ca rezultat modificarea compoziţiei spectrale a radiaţiei solare ce traversează atmosfera1. Radiaţia netă şi componentele sale variază în cursul unei zile. Astfel, ziua, bilanţul este pozitiv, ceea ce determină acumularea de căldură în sol, în timp ce noaptea, bilanţul este negativ şi ca urmare solul se răceşte. Valoarea radiaţiei nete este condiţionată de starea suprafeţei solului. La nivelul zonelor acvatice, energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 1,4 · 1012 calorii/ minut. Din această energie, o cantitate variabilă între 3% şi 40% este reflectată de suprafaţa apei, în funcţie de unghiul de incidenţă (50°, respectiv 5°) dar şi de prezenţa valurilor la suprafaţa luciului de apă (fig.3.3).

Fig. 3.3. Influenţa unghiului de incidenţă cu suprafaţa apei asupra absorbţiei/reflexiei radiaţiei solare (sursa: S. Frontier, op. cit., p.29) Apa absoarbe lumina în mod diferit, în funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare. Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid, în timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde. Radiaţiile „verzi” ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante în cadrul fotosintezei clorofiliene. De aceea, în mări şi oceane, în orizonturile la care pătrund aceste radiaţii, plantele acvatice (de genul algelor roşii care pot fi prezente până la adâncimi de 500 m) utilizează un pigment diferit de clorofilă denumit ficoeritrină. Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde în ecosistemele acvatice este diferită în funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie, refracţie, absorbţie şi dispersie. Din acest motiv, transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adâncimea maximă la care lumina solară 1

Ileana Fulvia Săndoiu, 2000, Agrometeorologie, Ed. Ceres, 2000, p. 39. 31

poate fi utilizată de către plante în procesul de fotosinteză2. În apele cu transparenţa până la 1 m pătrunde 5% - 10% din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei, iar la adâncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0,003 – 0,01 cal/cm2 şi minut (fig. 3.43)

Fig. 3.4. Spectrul luminii subacvatice măsurat în zona subtropicală a Oceaanului Pacific, apele de coastă ale Mării Baltice şi într-o turbărie.

a-c – spectrul radiaţiei subacvatice ne arată că lumina albastră pătrunde foarte adânc în apele oceanului, lumina verde pătrunde la mare adâncime în Marea Baltică, în timp ce lumina roşie prevalează în turbărie. d – fitoplanctonul prelevat de la 120 m adâncime din Oceanul Pacific este dominat de Prochlorococcus, adaptată la întneric care absoarbe puternic lumina albastră utilizând divinil clorofila a şi b (maximul absorbţiei la 450500 nm); e – fitoplanctonul prelevat de la adâncimea de 2 m din Marea Baltică este dominat de cianobacterii care absorb puternic lumina verde utilizând ficoeritrină; f – fitoplanctonul prelevat de la 75 cm adâncime din turbărie, dominat de cianobacterii verzi care absorb puternic lumina roşie (maximul absorbţiei ficoceanină la 635 nm, clorofila a la 680 nm).

2

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează în mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru analize de rutină denumit discul lui Secchi, care constă într-un disc de culoare albă, suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coborât în apă la diferite adâncimi 3 Maayke Stomp1, Jef Huisman, Lucas J Stal and Hans CP Matthijs, Colorful niches of phototrophic microorganisms shaped by vibrations of the water molecule, Winogradsky Review, The ISME Journal (2007) 1, 271–282. 32

3.2. Acţiunea biologică a luminii 3.2.1. Fotosinteza Din radiaţia globală numai o mică parte este utilizată în fotosinteză (cantităţi mari din radiaţia globală sunt implicate în procesele de reflexie, absorbţie şi în schimburile termice şi convective). Fotosinteza este un proces metabolic fundamental pentru organismele vii4. Capacitatea fotosintetizantă se întâlneşte la numeroase organisme atât procariote cât şi eucariote. Eucariotele fotosintetizante includ nu numai plantele verzi superioare ci şi algele multicelulare verzi, brune şi roşii, cât şi euglenoidele, dinoflagelatele şi diatomeele. Energia solară este sursa directă de energie pentru plantele verzi şi pentru alţi autotrofi fotosintetizanţi şi sursă indirectă de energie pentru toate organismele heterotrofe, prin acţiunea lanţurilor trofice ale biosferei. În acest proces energia luminoasă se transformă în energie ,,biochimică,, - ATP – care este apoi folosită pentru producerea moleculelor organice complexe de tipul glucozei din CO2 şi apă. Moleculele organice sunt folosite ca sursă de energie în procesul de respiraţie. Procesul de fotosinteză (la plantele superioare) poate fi sintetizat sub forma ecuaţiei: hν + 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6H2O + 6O2 Fotosinteza poate fi împărţită în 3 mari etape5. (fig.3.5) 1. Captarea energiei luminoase. Energia necesară realizării acestei biosinteze este furnizată de către fotonii solari6, captaţi de către clorofilă şi alţi 4

Mai mult de jumătate din întreaga fotosinteza de pe planetă se realizează în oceane de către fitoplanctonul (A. Lehninger, 1987, p. 549). 5 E. Ross, 2002 Concepts in Biology, 10th ed., McGraw-Hill, p. 112. 6 Conţinutul de energie al unui foton este reprezentat prin hν, în care h este constanta lui Planck (1,58x10-34 calxs) şi ν este frecvenţa radiaţiei. Energia în kilocalorii a 1 enstein, E, adică 1,0 mol de lumină, conţinând 6,023x 1023 cuante, este dată de formula: E═28600/lungimea de undă (mn). În domeniul vizibil 1 einstein transportă o energie - între 40 şi 72 kcal, în funcţie de lungimea de undă a luminii. Fotonii cu lungime de undă mică, din regiunea ultravioletă a spectrului, au cea mai mare energie. Cantitatea de energie a unui „mol" de fotoni, indiferent de lungimea de undă, este cu mult mai mare decât energia necesară pentru sinteza unui mol de ATP din ADP şi fosfat, care este 7,3 kcal în condiţii termodinamice standard. Capacitatea unei substanţe de a absorbi fotoni depinde de structura sa atomică şi în mod deosebit de aranjamentul electronilor din jurul nucleului atomic. Spectrul de absorbţie al unui compus arată capacitatea sa de a absorbi lumina ca o funcţie a lungimii de undă. Când un foton se loveşte de un atom sau o moleculă care absorb lumina la o anumită lungime de undă, energia este absorbită de unii dintre electroni, care sunt astfel ridicaţi la nivele mai înalte de energie; atomul sau molecula se găseşte atunci într-o stare excitată. Numai fotonii cu o anumită lungime de undă pot excita un atom sau o moleculă dată, deoarece excitarea moleculelor nu este continuă ci cuantificată; energia luminoasă se absoarbe numai în porţiuni discrete numite cuante. Excitaţia unei molecule de către lumină este foarte rapidă, având loc în mai puţin de 1015 s. Molecula excitată poate suferi două transformări. Ea se poate întoarce la starea de energie joasă sau starea 33

pigmenţi fotosintetizanţi (carotenoizii galbeni, roşii sau purpurii precum şi ficobilinele albastre sau roşii).

Fig.3.5. Procesul de fotosinteză (Sursa: E Ross, 2002) 2. Reacţii dependente de lumină. Reacţiile dependente de lumină se desfăşoară în tilacoidele cloroplastelor. Aici este utilizată energia din radiaţiile luminoase pentru fotoliza apei. Electronii şi protonii rezultaţi sunt folosiţi pentru sinteza unei substanţe puternic reducătoare (NADPH+H+), iar energia produsă prin transportul protonilor, prin pompa de protoni, este folosită pentru biosinteze ATP-ului. Acesta acumulează energia biochimică în legăturile macroenergetice. H2O + NADP+ → NADPH + H+ + 1/2 O2 3. Reacţii independente de lumină. Fază enzimatică (de întuneric) a

de bază, cu emisia simultană sub formă de lumină sau căldură a energiei absorbite în timpul excitării. Emisia de lumină de către moleculele excitate se numeşte fluorescentă. Stingerea fluorescenţei moleculelor excitate, care este completă în aproximativ 10-8 s, are loc la o lungime de undă mai mare decât cea a lungimii de undă care a produs excitaţia. Molecula excitată poate avea însă şi o altă soartă; datorită stării sale bogate în energie, ea poate reacţiona uşor cu o altă moleculă, într-o astfel de reacţie fotochimică, molecula excitată poate ceda un electron celeilalte molecule cu care reacţionează (A. Lehninger, Biochimie, Ed. Tehnică, 1987). 34

fotosintezei (ciclul Calvin) se desfăşoară în stroma cloroplastelor7 şi poate fi împărţită în 3 etape distincte: un compus cu 5 atomi de carbon-ribulozo-1,5 difosfaţi (RUDP) fixează o moleculă de bioxid de carbon şi una de apă în prezenţa enzimei de mai sus (ribulozo-1,5 difosfat-carboxilază). Rezultă compuşi intermediari din care se formează 2 molecule de acid-3 fosfogliceric (PGA). Are loc fosfosilarea acidului 3-fosfogliceric, în prezenţa ATP-ului şi formarea acidului 3difosfogliceric. Acesta este redus la aldehidă fosforică şi dioxiacetonfosfat. Din 6 molecule de aldehidă fosforică, una este pusă în libertate, iar 5 molecule sunt folosite pentru regenerare RUDP. Molecula de aldehidă fosfoglicerică, pusă în libertate, poate fi utilizată în cloroplast sau în citoplasmă, pentru biosinteza glucozei, fructozei, a zaharozei şi a unor aminoacizi. Ea catalizează, deci, procesul de evoluţie al glucozei spre forme mai evoluate ale materiei organice, constituind al doilea pas major de creare a inputurilor organice în biosferă. Fracţiunea din energia solară utilizată în fotosinteză este de numai 1% pe întreg ciclul de vegetaţie al unei culturi, 2-3% în faza activă de creştere şi 4—5%, dacă se efectuează determinări pe intervale de timp foarte scurte, de ordinul orelor şi nu se ia în consideraţie respiraţia nocturnă8. Se estimează că, prin procesul de fotosinteză al plantelor şi microorganismelor se transformă în energie chimică circa (3-6)x1017kcal/an, adică un total 0,03 % din energia solară ce ajunge pe Pământ. Numai o mică parte din această energie este folosită de om: aproximativ 8x1015 kcal/an sub formă de căldură şi cam 4·1015 kcal/an sub formă de hrană. 3.2.2. Răspunsul organismelor la stimulul luminos Plantele reacţionează diferit la compoziţia luminii, intensitatea luminoasă şi durata de iluminare. Lumina joacă un rol însemnat în procesele de creştere şi dezvoltare al plantelor. Procesul de fotosinteză este influenţat atât de absorbţia radiaţiei solare din domeniul 400-700 nm cât şi de repartiţia radiaţiei în interiorul covorului vegetal. Vegetaţia se comportă diferit în funcţie de lungimea de undă: ™ reflectanţa frunzelor este scăzută în domeniul vizibil (0,4-0,7µm), cea mai mare parte din radiaţia incidentă este absorbită de pigmenţii clorofilieni şi carotenoizi din frunze; ™ în domeniul infraroşu (0,7-1,3 µm) absorbţia datorată pigmenţilor frunzei este foarte slabă; ™ în domeniul infraroşu mijlociu (1,3-2,5 µm) proprietăţile optice sunt determinate de conţinutul în apă al frunzelor, fiind cunoscute benzile de absorbţie ale apei situate la 1,45, 1,95 şi 2,50 µm. 7

În celulele eucariote, aparatul fotosintetizant este localizat în cloroplaste. Bacteriile fotosintetizante şi algele verzi-albastre, care sunt organisme procariote, sunt lipsite însă de cloroplaste. Componentele moleculare ale sistemului receptor de lumină sunt localizate fie în membrana celulară, fie în structuri veziculare numite cromatofori. 8 Ileana Fulvia Săndoiu, op. cit., p. 54. 35

Fig.3.6 Comportarea structurilor vegetale faţă de lumina soarelui La nivelul covorului vegetal o parte din radiaţiile solare sunt reflectate de către plante (70% din infraroşii şi 10-20% spectrul vizibil verde), o parte sunt absorbite şi folosite în fotosinteză (albastre şi roşii), iar o parte trec prin învelişul vegetal la nivelul solului (fig. 3.6). Covorul vegetal modifică şi compoziţia spectrală a luminii datorită adâncimii de pătrundere a radiaţiei şi a indicelui suprafeţei foliare. Modificarea radiaţiei globale în interiorul învelişului vegetal se exprimă printr-o lege asemănătoare Legii lui Bouguer-Lambert: E gz = E g 0 ⋅ e − K L ⋅LAI ( z ) în care Egz Ego KL LAI

– radiaţia globală la nivelul z în interiorul învelişului, – radiaţia globală la partea superioară a învelişului vegetal; – coeficient de extincţie în funcţie de arhitectura învelişului vegetal, – indicele suprafeţei foliare.

Astfel, în straturile situate la baza covorului vegetal se primeşte de 5-8 ori mai multă energie în infraroşu apropiat decât roşu, iar radiaţia verde reprezintă dublul celei roşii. De asemenea, aceste straturi pot primi de 10-20 ori mai multă radiaţie infraroşie comparativ cu cea activă fotosintetic9. Horticultorii afirmă că lumina bleu este mai importantă pentru creşterea frunzelor, în timp ce lumina roşie stimulează înflorirea10. Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la încetinirea ritmului acumulării de biomasă. S-a constatat că radiaţiile roşii şi cele galbene prezintă cea mai mare importanţă pentru fotosinteză şi pentru sinteza hidraţilor de carbon, iar cele albastre pentru sinteza substanţelor proteice11. Clorofila a prezintă două maxime de absorbţie, unul în albastru (0,440 µm) şi celălalt în roşu (0,650-0,700 µm). Prin 9

Ileana Fulvia Săndoiu, op. cit., p. 53. Kenneth Surrey & Solon A. Gordon Plant Physiology Influence of Light on Phosphate Metabolism in Lettuce Seed:Spectral Response Red, Far-Red Interaction. 11 http://plantphys.info/Plant_Physiology/light.html 10

36

comparaţie, clorofila b absoarbe mai puternic în albastru şi mai slab în roşu (fig. 3.7.).

Fig. 3.7. Absorbţia luminii de către clorofilă (linie continuă – clorofila a, linie punctată – clorofila b) Celulele multor specii de plante superioare pierd clorofila şi culoarea verde atunci când sunt ţinute la întuneric timp de mai multe zile (fenomenul de etiolare). Procesul de etiolare este cauzat de lipsa enzimei care catalizează sinteza clorofilei. Dacă plantele etiolate sunt reexpuse la lumină, în câteva ore are loc sinteza a mai mult de 60 enzime fotosintetice, ARN-r cloroplastic şi clorofilă12. În funcţie de expunerea la lumină se pot înregistra de asemenea: variaţii în structura frunzei13, a concentraţiei sucului celular şi a cantităţii de apă; variaţii în cantitatea de pigmenţi14; variaţii în procesele de transpiraţie şi respiraţie; modificări în producerea de glucide, aminoacizi, proteine, etc.15. 12

Koizumi, M., K. Takahashi, K. Mineuchi, T. Nakamura, And H. Kano, 1998. Light gradients and the transverse distribution of chlorophyll fluorescence in mangrove and Camellia leaves. Annals of Botany 81: 527–533., Vogelmann, T. C., J. F. Bornman, And S. Josserand. 1989, Photosynthetic light gradients and spectral regime within leaves of Medicago sativa.Philosophical Transactions of the Royal Society 323: 411–421. 13 Daniel M. Johnson, William K. Smith, Thomas C. Vogelmann and Craig R. Brodersen Leaf architecture and direction of incident light influence mesophyll fluorescence profiles (American Journal of Botany. 2005;92:1425-1431.), Smith, W. K., D. T. Bell, And K. A. Shepherd. 1998, Associations betweenleaf orientation, structure and sunlight exposure in five western Australian communities. American Journal of Botany 84: 1698–1707. 14 La algele marine al căror mediu are un deficit de lumină, cantitatea de pigmenţi implicaţi în procesul de fotosinteză este mai mare decât în cazul în care plantele sunt expuse la lumina solară. 15 Vogelmann, T. C., J. N. Nishio, And W. K. Smith., 1996. Leaves and light capture: light 37

Studiile efectuate au demonstrat că lumina violetă stimulează şi rata reproducţiei la păsări şi animale. In general, plantele care trăiesc în zone de umbră utilizează radiaţiile cu intensitate scăzută mult mai eficient decât speciile care se dezvoltă în plin soare, însă, în situaţia inversă (la radiaţii cu intensităţi mari) plantele ce se dezvoltă în plin soare sunt mai eficiente. Diferenţele menţionate sunt datorate arhitecturii învelişului vegetal (înălţimea plantelor, indicele suprafeţei foliare, orientarea frunzelor16). Frunzele plantelor ce cresc în zone luminoase sunt expuse la soare în unghi ascuţit ceea ce face ca radiaţia incidentă să fie împrăştiată pe o zonă mai mare din suprafaţa frunzei şi să-i reducă practic intensitatea. De aceea o radiaţie care ar fi supraoptimală atunci când cade perpendicular pe frunză va fi optimă pentru frunzele ce formează un unghi mai mic. În sprijinul acestor afirmaţii este prezentat cazul arbustului Heteromeles arbutifolia care îşi modifică structura arhitecturală în funcţie de intensitatea luminoasă17 (fig. 3.8. şi tab. 3.1).

Fig. 3.8. Simulare computerizată a poziţiei frunzelor de Heteromeles arbutifolia crescută în zonă cu lumină puternică (a,c); respectiv în zonă de umbră (b, d). a şi b – dimineaţa; c şi d – prânz. Tonurile întunecate sunt părţi ale frunzelor umbrite (după Valladores, Pearcy, 1998) propagation and gradients of carbon fixation within leaves. Trends in Plant Science 1: 65–71. Plantele iubitoare de lumină formează de regulă un covor vegetal mai rar şi mai scund pentru a nu se umbri unele pe altele. Frunzele lor sunt dispuse în rozetă, iar lăstarii sunt scurţi. La o iluminare insuficientă, lăstarii se etiolează, internodiile se alungesc iar tulpina se curbează către sursa de lumină. 17 Robert W. Pearcy, Hiroyuki Muraoka, Fernando Valladares, Evaluating shrub architectural performance in sun and shade environments with the 3-D model Y-plant: are there optimal strategies? 4th International Workshop on Functional-Structural Plant Models, 7-11 june 2004 – Montpellier, France Edited by C. Godin et al., pp. 298-301; VALLADARES, F. & R. W. PEARCY. 1998. The functional ecology of shoot architecture in sun and shade plants of Heteromeles arbutifolia M. Roem., a Californian chaparral shrub. Oecologia 114: 1-10. 16

38

Tabelul 3.1. Diferenţele observate la lăstarii şi frunzele de Heteromeles arbutifolia în funcţie de nivelul intensităţii luminoase (soare/umbră )(sursa: M. Begon, Ecology from individuals to ecosystem) Observaţii Soare Umbră Distanţa dintre internodii (cm) 1,08 1,65 Unghiul frunzei 71,3 5,3 Suprafaţa frunzei (cm2) 10,1 21,4 14,1 (2,0) 9,0 Capacitatea fotosintetică (mmol CO2 m2 s) 280,5 (15,3) 226,7 (14,0) Conţinutul în clorofilă (mg m3) 1,97 (0,25) 1,71 (0,21) Conţinutul în azot (g m3) În cursul evoluţiei lor, plantele s-au adaptat să trăiască în diferite condiţii de lumină. Din acest punct de vedere plantele se pot grupa în: ™ heliofile, care necesită lumină intensă, cum sunt Agropyron sp., Festuca vallesiaca; ™ sciofile, de umbră, care preferă lumina mai puţin intensă, cum sunt Corydalis sp., Brachypodium silvaticum etc.; ™ helio-sciofile, adică plante heliofile care pot suporta şi un oarecare grad de umbră, de ex: Cynodon dactylon, Digitaria sanguinalis, Galinsoga parviflora etc. Ele sunt repartizate în natură în funcţie de optimul intensităţii luminoase18. Lumina prezintă frecvente variaţii zilnice, ciclice, extreme şi accidentale datorate variabilităţii geografice şi expoziţionale. Ca urmare, ea impune modificări ale ecosistemelor, care pot fi: ™ accidentale (schimbarea bruscă a vremii); ™ ciclice. Ritmul impus de lumină este foarte stabil, el având la bază fenomene de origine astronomice. Ca urmare, el a permis de-a lungul timpului dezvoltarea unor fenomene de adaptare a organismelor. Ritmurile zilnice de activitate ale animalelor, plantelor, protistelor19, fungilor, cianobacteriilor şi al altor organisme s-au dovedit a avea câteva caracteristici comune20: ™ perioada este în mod remarcabil insensibilă (nu depinde) la 18

De exemplu, într-o pădure de fag matură, proporţia energiei luminoase care ajunge la sol, în raport cu cea care rămâne la nivelul coronamentului, este de aproximativ 1/100; la nivelul solului îşi vor face astfel apariţia plantele sciofile. 19 Organisme unicelulare ce aparţin regnului Protista; sunt eucariote care trăiesc în apa sau în mediul apos al organismelor; unele protiste se aseamănă cu plantele, în sensul că îşi produc singure hrana prin fotosinteză, iar altele se aseamănă cu animalele consumând materie organică drept hrană; celulele protistelor sunt adesea mult mai complexe ca structură decât celulele organismelor pluricelulare; protistele includ: protozoarele, majoritatea algelor, diatomee, oomicete), 20 William K. Purves, David Sadava, Gordon H. Orians, and H. Craig Heller, 2003, Life – the science, Sinauer Associates and W. H. Freeman; 7 edition , p. 759. 39

temperatură, deşi, prin scăderea temperaturii se poate reduce drastic amplitudinea efectului ritmic, ™ ritmurile de viaţă sunt continue, ele putând exista chiar şi câteva zile, chiar dacă în mediu nu există condiţiile obligatorii de supravieţuire, cum ar fi perioada zi-noapte (lumină-întuneric), ™ ritmurile de viaţă pot fi încadrate, în anumite limite, după ciclurile zinoapte (lumina-întuneric) ce au valori diferite decât 24 de ore. Astfel, ™ perioada de exprimare a organismului poate fi făcută să coincidă cu cea a ciclului zi-noapte la care este expus, ™ expunere de scurtă durată la lumină poate modifica ciclul, producând o schimbare de faze (o inversare a fazelor). Ritmul circadian poate fi caracterizat astfel: perioada este lungimea unui ciclu şi amplitudinea este magnitudinea unei schimbări după trecerea ciclului (fig.3.7). Fotoperiodismul este un proces care determină schimbări morfologice, biochimice şi fiziologice în viaţa organismelor. Plantele reacţionează la durata de iluminare a zilei (fotoperiodism) în parcurgerea unor fenofaze (germinarea, înflorirea, coacerea fructelor, etc.). Plantele furnizează un număr imens de exemple de cicluri de viaţă. Fiecare specie îşi declanşează activitatea care devine mai intensă după un anumit timp. Aşa de exemplu, unele plante îşi deschid florile seara: luminiţa (Osnotheria bionnis), regina nopţii (Nicotiana affinis), alte plante, dimpotrivă îşi deschid florile ziua. La trifoi, frunzele plantei în mod normal coboară şi se închid în timpul nopţii şi se deschid la răsăritul soarelui. Ele continuă să se deschidă şi să se închidă într-un ciclu de aproximativ 24 de ore. Mecanismele care permit organismelor să-şi modifice starea în mod ciclic se numesc ceasuri biologice. Ceasurile biologice sunt ,,potrivite,, de fotoreceptori. S-a demonstrat că fitocromii şi receptorii pentru lumina albastră afectează durata ceasului biologic, prezentând culori diferite la lungimi de undă diferite şi intensităţi ale luminii. Această diversitate a fotoreceptorilor poate fi o adaptare a plantei la modificările luminii dintr-un mediu, în cursul unei zile sau a unui anotimp. De exemplu, ceasul biologic al plantei Arabidopsis se bazează pe activitatea a cel puţin 3 „gene - ceas”. Aceste „gene-ceas” codifică proteine reglatoare care interacţionează pentru a produce o oscilare a ciclului de viaţă21 (fig. 3.9). În funcţie de durata zilei plantele se clasifică în: ™ plante de zi lungă, care au nevoie pentru înflorire şi fructificare de zile lungi (15-20 ore - grâu, orz, ovăz; crinul); ™ plante de zi scurtă, cele care cresc vegetativ vara şi fructifică spre toamnă (tutunul, porumbul, crizantema, brânduşa de toamnă); ™ plante indiferente la lungimea zilei (floarea soarelui, vinetele). 21

A se vedea, K. Nozue & J. N. Maloof, Diurnal regulation of plant growth, Plant, Cell and Environment (2006), Michael J. GARDNER, Katharine E. HUBBARD, Carlos T. HOTTA, Antony N. DODD and Alex A. R. WEBB, 2006, How plants tell the time, REVIEW ARTICLE, Biochem. J., 397, 15–24. 40

Fig. 3.9. Ritmul circadian şi caracteristicile sale: perioada şi amplitudinea Efectul informaţional al luminii pentru animale22 constă în perceperea formelor, culorilor, distanţelor şi a mişcărilor obiectelor înconjurătoare, dar şi în modificarea activităţii lor: perioada de viaţă activă, latentă, năpârlirea, migraţia etc.

Fig. 3.10. Interdependenţa între fotoreceptori şi ceasul biologic în cazul plantelor influenţate de lumină. Una dintre genele care codifică proteina CO, al speciei Arabidopsis este reglată de ciclul circadian. Înflorirea depinde de prezenţa suficientă a CO atunci când fotoreceptorii au lumină suficientă. De exemplu, în mediul acvatic alternanţa zi – noapte determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme. Astfel, în ecosistemele acvatice lacustre, precum şi în cele maritime, producţia primară (fotosintetică) se realizează în timpul zilei, în timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat în consumul de alge microscopice) se realizează în 22

Animalele pot fi împărţite în două categorii: diurne, care îşi desfăşoară activitatea pe timpul zilei (răpitoare de zii, mamifere erbivore etc) şi nocturne, care nu au nevoie de lumină (rozătoare de noapte, răpitoare de noapte etc). 41

mare măsură pe timpul nopţii. Această alternanţă este cunoscută sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului. Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii în orizonturile superficiale ale apei şi "migrează" spre adâncimi în timpul zilei. Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei, deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton. Pe parcursul nopţii, zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumând fitoplanctonul dezvoltat în exces. În ziua următoare, biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel ciclul se reia. Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales în timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage, care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore, consumând în timpul zilei zooplanctonul şi retrăgându-se pe perioada nopţii în ape mai adânci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin, încadrându-se astfel în lanţul trofic. Acestor ritmuri ale migraţiei le pot fi asociate uneori adaptări foarte specifice, remarcându-se coincidenţe între ciclurile ontogenetice, migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă23. Lumina determină de asemenea aşa numitul fenomen de fototropism. Plantele şi în special animalele pot reacţiona diferit. Fototropismul reprezintă tendinţa organelor plantelor de a se îndrepta către o sursă de lumină. Una dintre substanţele care se pare că mediază multe tropisme este auxina care determină alungirea celulelor. Când o extremitate a plantei este luminată numai pe o parte, auxina se acumulează pe partea umbrită a vârfului conducând la o alungire mult mai rapidă a celulelor de pe acea parte (comparativ cu viteza de alungire a celulelor de pe partea luminată) ceea ce conduce la curbarea tulpinii către sursa de lumină24. fig. 3.11. Pentru a se utiliza o cantitate cât mai mare de energie solară în ecosistemele artificiale, de-a lungul timpului, s-au stabilit diferite metode de dirijare a luminii25. Cu titlu de exemplu pot fi menţionate următoarele metode: zonarea culturilor, care permite realizarea unei bune concordanţe între resursele climatice şi cerinţele biologice; crearea unui regim de lumină corespunzător în covorul vegetal prin controlul densităţii plantelor, orientarea rândurilor de plante pe direcţia N-S, combaterea buruienilor, fertilizare; practicarea unor sisteme de culturi asociate (mixte)26 şi /sau succesive27 etc. 23

S. Frontier, D. P. Viale et all, op. cit., p. 40-41. A se vedea în acelaşi sens: Craig W. Whippo, Phototropism: Bending towards Enlightenment, The Plant Cell 18:1110-1119 (2006); Liscum, E. (2002). Phototropism: mechanisms and outcomes. In the Arabidopsis Book, Somerville, C.R., and Meyerowitz, E.M., eds (Rockville, MD: American Society of Plant Biologists); Babourina, O., Godfrey, L., and Voltchanskii, K. (2004). Changes in ion fluxes during phototropic bending of etiolated oat coleoptiles. Ann. Bot. (Lond.) 94, 187–194; B. Stonea,, Emily L. Stowe-Evansa,, Renee´ M. Harpera,, R. Brandon Celayaa,, Karin Ljungc, Goran Sandbergc and Emmanuel Liscuma ,Disruptions in AUX1Dependent Auxin Influx Alter Hypocotyl Phototropism in Arabidopsis, Molecular Plant • Volume 1 • Number 1 • Pages 129–144 • January 2008. 25 Gh. Budoi, A. Penescu, 1996, Agrotehnică, Ed. CERES, p. 26-27. 26 De exemplu: fasole în porumb, amestecul de plante furajere, culturi agricole printre rândurile de 24

42

Fig. 3.11 Fototropism pozitiv 3.3. Temperatura aerului, apei şi a solului. Aspecte generale 3.3.1. Temperatura aerului Acest factor influenţează direct sau în corelaţie cu alţi factori ecologici parametrii structurali şi funcţionali ai populaţiilor naturale şi implicit compoziţia biocenozelor. Din punct de vedere ecologic, temperatura este în general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică. În studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor. În prezent, pentru măsurarea temperaturii se folosesc două scări de temperatură: scara Celsius (°C)28, cu precădere în ţările europene şi scara Fahrenheit (°F), în Statele Unite. Acestea se definesc cu ajutorul scării Kelvin (K) care constituie scara fundamentală a temperaturilor în ştiinţă şi tehnică. La 0K (zero absolut) agitaţia termică încetează. Temperatura medie este de 13°C în emisfera de nord (cu 14°C diferenţă între zi şi noapte) şi 15°C în emisfera sudică cu 7°C diferenţă). Diferenţa dintre cele 2 emisfere este dată de repartiţia inegală a continentelor şi a oceanelor, de o parte şi de alta a Ecuatorului. Importanţa acestor valori medii pentru funcţionarea ecosistemelor este limitată având în vedere valorile locale, amplitudinile şi frecvenţa oscilaţiilor. Oscilaţiile maxime între zi şi noapte sunt înregistrate în deşert (+50pomi fructiferi etc. Metodă condiţionată de existenţa unui sistem de irigaţie sau de o zonă cu precipitaţii abundente în perioada de vară.. 28 Un grad Celsius reprezintă a 1/273,16-a parte din intervalul cuprins între punctul triplu al apei (0,01 °C) şi punctul de zero absolut (-273,15°C), la presiune normală. Raportul de conversiune:TC =TK - 273,15, TF = TK - 459,67. 27

43

+10°C), în timp ce maximele intersezoniere sunt observate în regiunile polare (+15 -70°C). Variaţia regimului termic în funcţie de condiţiile topografice este evidentă în zonele muntoase, unde creşterea altitudinii cu 100m peste nivelul mării este urmată de scăderea temperaturii medii anuale cu 0,5°C. Efectul temperaturii asupra biologiei şi fiziologiei organismelor trebuie urmărit din trei puncte de vedere: 29 ™ efectul temperaturii medii . ™ efectul temperaturilor extreme (pe care organismele le pot sau nu suporta), ™ efectul periodicităţii. În ceea ce priveşte acţiunea temperaturii asupra ecosistemelor aceasta se manifestă în mai multe feluri: ™ selecţia speciilor după toleranţa lor şi/sau exigenţele termice, ™ modificările raporturilor competitive între specii. Cantitatea de căldură care ajunge pe Terra este diferită. Ea scade de la Ecuator spre poli, realizându-se o zonare latitudinală termică a Globului (existenţa celor trei climate principale: cald, temperat şi rece) şi o zonare latitudinală termică a vegetaţiei: ™ zona pădurilor ecuatoriale, cu frunze persistente, a savanelor şi a pustiurilor tropicale (zona caldă sau boreală); ™ zona pădurilor cu frunze căzătoare, a pădurilor de conifere şi a stepelor (zona temperată); ™ zona tundrei polare (zona rece sau arctică). În România, vegetaţia se manifestă prin următoarele unităţi zonale pe latitudine şi altitudine: 1. Zonă de stepă, între 0 şi 100m, în câmpiile şi podişurile din sud-estul României. Se disting două subzone: stepă cu graminee şi stepă cu graminee şi dicotiledonate; 2. Zonă de silvostepă, între 50 şi 150m, în câmpiile şi podişurile din estul, sudul şi vestul României. Se disting două subzone: silvostepă nordică cu stejari mezofili şi silvostepă sudică cu stejari xerofili; 3. Zonă pădurilor de foioase, între 100-400m, în câmpiile, piemonturile şi podişurile periferice regiunii muntos-deluroase (aceasta întinzându-se între 300400m şi 1.300-1.450m şi se caracterizează prin păduri de gorun şi păduri de fag). Se disting două subzone: păduri de stejari mezofili şi păduri de stejari termofilisubmezofili; 4. Zonă pădurilor de conifere (boreală), între 1.300-1.450 şi 1.750- 1.850m cu păduri de molid montane şi păduri de molid subalpine; 5. Zonă subalpină, 1.750-1.850 şi 2.000-2.200m, cu rărişti de molid, zâmbru 29

De exemplu, se ştie că o temperatură medie diurnă de peste 7°C în decurs de peste 225 zile pe an coincide cu limita de răspândire a fagului (Fagus silvatica). O imagine obiectivă a răspândirii geografice a organismelor nu poate fi însă limitată la astfel de precizări. 44

şi tufărişuri de jneapăn şi rododendron; 6. Zonă alpină, 2000-2200m, cu tufărişuri pitice de Salix, Loiseleuria şi pajişti de Festuca supina, Carex curvula şi Juncus trifidus. În afara condiţiilor climatice generale există microclimate care depind de relief şi de vegetaţie. 3.3.2. Temperatura solului Temperatura solului este rezultanta schimburilor energetice ale suprafeţei cu atmosfera precum şi rezultanta proceselor de transfer care determină distribuţia acestei energii în sol. Solul constituie un loc de acumulare a căldurii pe parcursul zilei şi sursă pentru încălzirea de suprafaţă pe durata nopţii. Fluxul de căldură către şi dinspre sol este un proces de conductivitate termică. Acest proces depinde de proprietăţile solului (porozitate, umiditate, conţinutul în materie organică). În sol, căldura este permanent transferată către adâncime (ziua) şi spre suprafaţă (noaptea). Ca urmare, suprafaţa solului este mai rece dimineaţa şi mai caldă după amiază. Proprietăţile termice ale solului sunt greu de estimat deoarece solul este foarte eterogen din punct de vedere structural şi textural30. Cunoaşterea proprietăţilor termice ale solurilor are o importantă utilitate practică pentru agricultură, întrucât temperatura intervine în asigurarea condiţiilor normale de viaţă pentru plante şi microorganisme, precum şi în procesul de solificare. Regimul termic al solului poate fi dirijat prin diverse metode precum: eliminarea excesului de apă prin drenaj, şanţuri de scurgere a apei, arături adânci etc.; efectuarea de lucrări de afânare pentru creşterea permeabilităţii; fertilizarea organică; mulcirea solului; realizarea perdelelor forestiere de protecţie etc.31 3.3.3. Temperatura apei mărilor şi a lacurilor Temperaturile de la suprafaţa apelor sunt cuprinse între -2°C şi +32°C. Pe fundul lacurilor cu ape dulci temperatura este de +4°C (fig.3.12). Stabilirea temperaturii unei ape este un fenomen destul de complex care implică: un bilanţ radiativ şi un schimb de căldură cu atmosfera, fie prin conducţie directă, fie prin evaporare sau condensare. În condiţii uzuale cantitatea de căldură pierdută la suprafaţa apei prin evaporare este de 5-10 ori mai mare decât cea pierdută prin conducţie. 3.4. Răspunsul organismelor la variaţiile de temperatură Acţiunea temperaturii a determinat la vieţuitoare numeroase adaptări care permit menţinerea unei bilanţ termic în care intrările de energie sunt egale cu 30

În condiţii de umiditate ridicată, solurile argiloase se încălzesc mai greu, dar pe o adâncime mai mare, în timp ce solurile nisipoase se încălzesc uşor, dar numai la suprafaţă; solurile argiloase se răcesc mai încet noaptea pentru că ele transmit căldura acumulată în straturile mai adânci treptat către suprafaţă comparativ cu solurile nisipoase. 31 Gh. Budoi, op. cit., p. 33-35. 45

pierderile. Transferul de energie calorică între mediu şi vieţuitoare se realizează direct prin energia radiantă a razelor solare, prin conducţie, prin convecţie, prin evaporare sau evapotranspiraţie.

Fig. 3.12. Variaţia temperaturii apelor cu adâncimea Pentru fiecare organism există un interval optim de temperatură în care procesele metabolice se desfăşoară cu o intensitate maximă (acestea sunt cuprinse între 00-50°C). La plante există temperaturi optime pentru germinaţia seminţelor32, fotosinteză, fructificare etc. (optimul trebuie interpretat însă în legătură şi cu ceilalţi factori ecologici). Dezvoltarea şi activitatea indivizilor din diferite specii începe la o anumită temperatură minimă (temperatura zero a dezvoltării) şi poate continua până la atingerea unei temperaturi maxime. Temperaturile cuprinse între minim şi maxim se numesc temperaturi eficiente. Cantitatea totală de căldură necesară pentru dezvoltarea unui organism reprezintă suma temperaturilor eficiente. Aceasta se poate determina pentru fiecare specie astfel:

C=(T-T1)N,

în care T T1 N

– temperatura zilnică, – temperatura corespunzătoare limitei minime, – durata în zile.

Legea sumei temperaturilor zilnice efective arată că, dacă într-o regiune nu este întrunită suma de zile grade necesară populaţiei date pentru a-şi desăvârşi dezvoltarea şi reproducerea, specia nu se va putea instala în locul dat.33 Dar, dacă această sumă a temperaturilor este suficient de mare, specia va avea mai multe generaţii pe an, fapt ce implică creşterea rolului speciei în circulaţia şi transformarea 32

De exemplu, pentru germinaţie, temperatura minimă este de 1-2°C la grâul de primăvară, 6-7°C la cartof, 2-3°C la rădăcinoase, 8°C la porumb, 12-14 °C la bostănoase etc. 33 Constanta termică este un bun indicator în zonarea culturilor. Câteva exemple: pentru mazăre – ea este cuprinsă între 1352-1900, pentru grâu, 1700-2126, cartofi, 1300-3000, porumb, 17003700 (Gh. Budoi, A Penescu, op.cit., p. 29). 46

materiei şi energiei în ecosistem. În cazul creşterii microorganismelor efectul temperaturii este corelat cu acţiunea acestuia asupra reacţiilor lor enzimatice. Viteza celor două procese creşte progresiv pe măsură ce temperatura se ridică, până atinge un nivel optim. Peste această limită, viteza lor scade, până când enzima este denaturată de temperatura ridicată. La microorganisme nu se poate vorbi despre o temperatură optimă pentru o anumită specie, ci o temperatură optimă pentru fiecare din activităţile ei biologice34. Plantele reacţionează la acţiunile dăunătoare ale temperaturilor nefavorabile, prin mecanisme anatomo – morfologice (de ex. portul pitic, reducerea raportului suprafaţă/volum, culori deschise ale tulpinilor etc.) şi fiziologice de reglare a temperaturii (reglarea intensităţii transpiraţiei, acumularea de săruri sau zaharuri în celule etc.). Orice temperatură extremă poate distruge membranele celulare35. Temperaturile ridicate destabilizează membranele şi denaturează multe proteine (în special unele enzime ce participă la procesul de biosinteză)36. Temperaturile scăzute determină pierderea fluidităţii membranelor şi alterarea permeabilităţii acestora, iar cele foarte scăzute, sub punctul de îngheţ, determină formarea cristalelor de gheaţă care pot străpunge organitele şi membranele plasmatice37. Un mecanism de adaptare al plantelor la temperaturi scăzute constă în modificarea compoziţiei acizilor graşi din membrane, iar în cazul unor temperaturi foarte scăzute în producerea proteinelor de şoc termic. Acestea sunt produse şi în cazul unor temperaturi ridicate38. În funcţie de cerinţele faţă de temperatură plantele se grupează astfel: ™ megaterme - temperatură peste 20°C în tot timpul anului (ex. palmierii); ™ mezoterme - temperaturi medii de 15-20°C (măslinul, lămâiul, dafinul); ™ microterme - vegetează bine la temperaturi mici de 0-15°C (ex. coniferele); 34

Bacteriile criofile au enzime care funcţionează bine la temperaturi joase, dar sunt denaturate chiar la temperaturi moderate, în timp ce bacteriile termofile conţin enzime active numai la temperaturi ridicate (Gh. Zarnea, Tratat de microbiologie generală, 1994, Ed. Academiei Române, p. 169-171.) 35 A.R. Cossins, Temperature Adaptation of Biological Membranes, Plant Growth Regulation, Springer Netherlands, Volume 24, Number 2 / February, 1998. 36 Pentru amănunte despre termotoleranţa a se vedea: B. STANKOVIĆ, Ana GARIĆSTANKOVIĆ, Molecular ecology of the plant adaptation to high temperatures, Екол. Зашт. Живот. Сред., 5,1 (1998) 37 Pentru diferite exemple a se vedea: V. Hurry, Molecular and physiological responses of temperature adaptation in plants, Current Opinion in Plant Biology; M Stitt, V. Hurry, A plant for all seasons: alterations in photosynthetic carbon metabolism during cold acclimation in Arabidopsis, Review, Current Opinion in Plant Biology, Volume 5, Issue 3, 1 June 2002, Pages 199-206. 38 William K. Purves and all, op. cit., p. 775-776 47

™ hekistoterme - condiţii polare, rezistă la temperaturi scăzute. La animale, influenţa temperaturii este mult mai evidentă. Pentru fiecare populaţie/ organism se distinge o temperatură optimă la care procesele metabolice se produc cu cele mai mici pierderi de energie (acestea sunt cuprinse între 0°-50°C). De exemplu, pentru broasca ţestoasă de apă europeană, temperatura optimă pentru obţinerea ambelor sexe în proporţii relativ egale, este de 29°C, iar dacă aceasta este mai mică, se vor obţine mai mulţi masculi; peste această temperatură vor fi mai multe femele39. Organismele se clasifică în: ™ homeoterme (cele ce îşi menţin aproximativ constantă temperatura corpului - majoritatea păsărilor şi a mamiferelor); ™ poikiloterme (speciile la care temperatura corpului se modifică odată cu fluctuaţiile termice ale mediului exterior – nevertebrate, peşti, amfibieni, reptile). La multe organisme poikiloterme temperatura mediului extern constituie factorul limitant şi condiţionant al numărului de generaţii (fig. 3.13).

Fig. 3.13. Reglarea temperaturii corpului. După modul de reglare al temperaturii corpului organismele sunt40: ™ organisme endoterme - capabile să producă căldură internă pentru a-şi ridica temperatura corpului (pasările şi mamiferele)41; ™ organisme ectoterme - care se bazează pe sursele externe de căldură pentru creştere temperaturii corpului (reptilele, protozoarele). 39

www.testoase.go.ro/ files/reproducerea.htm Marie-Noel Bruné, Adaptive thermoregulation in different species of animals, www.gfmer.ch; Willmer, P., Stone G., Johnston I. 2000, Environmental Physiology of Animals.. Blackwell Science. p. 178-211. 41 Ruben, J., 1995. The Evolution of Endothermy in Mammals and Birds. Annual Review of Physiology, 57:69 - 95. Kunz, Thomas ; Cutler J. Cleveland, 2008. "Endotherm." In: Encyclopedia of Earth. 40

48

Fig. 3.14. Relaţia dintre rata metabolică la mamifere şi temperatura mediului. (sub temperatura critică inferioară corpul produce căldură prin metabolism pentru a compensa pierderea de căldură către mediu / peste temepratura critică superioară îşi creşte rata metabolică pentru pentru a favoriza transpiraţia) Endotermele menţin o temperatură internă ridicată prin generarea căldurii metabolice. Pe timp rece, activitatea musculară crescută prin tremur ori exerciţii simple constituie un mecanism de creştere a producţiei de căldură metabolică (fig.3.14)42 La multe specii chiar temperatura hipotalamusului reprezintă o importantă sursă de informaţie-feed-back pentru termoreglare43. De exemplu, răcirea hipotalamusului determină ca peştii şi reptilele să perceapă temperatura ambientală ca fiind mai mică decât în realitate, iar încălzirea acestuia are efectul contrar. La mamifere, răcirea hipotalamusului poate stimula constricţia vaselor de sânge ce alimentează pielea şi creşterea activităţii metabolice. Ca urmare, determină creşterea temperaturii corpului. Din contră, încălzirea hipotalamusului stimulează dilatarea vaselor de sânge ce alimentează pielea, apariţia transpiraţiei şi astfel temperatura generală a corpului scade. 42 43

P 795-796 life J. R Speakman, Thermoregulation in Vertebrates,2001, Encyclopedia of Life Sciences, 49

Unele animale endoterme, cum ar fi vulpea arctica (vulpea argintie) sunt ,,specialişti,, ai vremii reci. Strategia lor evidentă împotriva temperaturilor scăzute este izolarea datorată prezenţei unui strat gros de blană. Se cunoaşte însă şi faptul că în cazul scăderii temperaturii are loc o creştere a longevităţii şi a taliei organismelor. Exemplul tipic în acest sens este cel al variaţiei dimensiunilor la diferite specii de vulpi (fig.3.15).

(a) (b) Fig. 3.15. Forma corpului la vulpi în funcţie de condiţiile climatice (a-deşert, b – zonă arctică). Animalele acvatice se bazează predominant pe stratul de grăsime pentru izolarea termică, deoarece blana îşi pierde mult din capacităţile izolatoare odată cu intrarea în apă. Altă strategie pentru vremea rece o constituie scăderea temporară a ratei metabolismului şi a temperaturii corpului. Aceasta scădere controlată a temperaturii corpului duce la scăderea diferenţei de temperatură dintre corpul animalului şi aer minimizând astfel pierderea de căldură. Mai mult, având o rată de metabolism scăzută este mai economică din punct de vedere energetic. Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute, organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora. De exemplu, larvele unor chironomide pot supravieţui în gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de îngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular. Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci, de la latitudini mai mari, sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare, sau acizi graşi nesaturaţi. În sezonul rece, unele specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun, carasul argintiu etc.) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecând în stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor. Peştii se aglomerează în zone mai adânci şi nu se deplasează, reducând la minimum pierderile de energie datorate mişcării, care nu pot fi compensate metabolic din cauza inexistenţei surselor de hrănire44. 44

TIITU V. ; VORNANEN M., Cold adaptation suppresses the contractility of both atrial and ventricular muscle of the crucian carp heart, Journal of fish biology, 2001, vol. 59, no1, pp. 14150

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră în componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci. Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie în rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute45. Există un număr restrâns de specii, care posedă adaptări deosebite ce le asigură conservarea indivizilor la temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate. Este vorba despre starea de criptobioză (kryptos – ascuns) sau anabioză, când procesele metabolice ale organismului aproape încetează urmând ca acestea să fie reluat în condiţii corespunzătoare (unele bacterii, ciuperci, seminţe, cerealele păioase de toamnă sub zăpadă). Alte animale, cum sunt veveriţele de pământ (fig. 3.16), iau măsuri mult mai drastice. Ele hibernează în timpul lunilor din anotimpul rece, scăzându-şi temperatura corpului la o valoare puţin superioară temperaturii mediului înconjurător.

Fig. 3.16. Hibernarea la veveriţele de pământ Contrar credinţei populare, urşii nu sunt adevăraţi hibernanţi deoarece ei suportă doar o scădere uşoară a temperaturii corpului, iar această activitate poate fi considerată doar un somn adânc. Organismele ectotermele care se bazează cel mai mult pe sursele externe de căldură, adoptă strategii foarte diferite în timpul frigului46. Ele au un sistem de 156; http://www.briancoad.com/NCR/Cyprinidae.htm Benson , Lee, 1979 46 A se vedea şi modelul descris de B.W. Grant, W. P. Porter, Modeling Global Macroclimatic 45

51

izolare foarte slab sau absent. Acest lucru le ajută să capteze uşor căldură din mediu în perioadele calde, dar constituie un impediment în timpul perioadelor reci. Fără a avea capacitatea de a preveni pierderea de căldură în vremea rece, ectotermele s-au adaptat fie să tolereze îngheţul, fie să trăiască în medii extrem de reci fără să apară cristale de gheaţă în corpul lor. Animalele intolerante la îngheţ (sensibile la îngheţ) cum sunt mulţi peşti antarctici, evită îngheţul prin prezenţa unor compuşi antiîngheţ în organismul lor. Controlul circulaţiei sangvine la nivelul pielii poate fi un element important pentru adaptarea ectotermelor. Un exemplu îl poate constitui iguana de Galapagos Archipel47 (fig. 3.17). Când iguanele intră în ocean pentru a se hrăni, temperatura corpului lor începe să scadă. Ca urmare a scăderii temperaturii şi activitatea metabolică este încetinită astfel încât ele sunt mai vulnerabile la atacul prădătorilor şi incapabile să digere hrana eficient. Iguanele alternează perioadele de stat în apă cu cele de încălzire la soare, pe pietre fierbinţi. Păstrarea căldurii acumulate un timp cât mai îndelungat este esenţială pentru supravieţuirea speciei şi ca urmare ele şi-au adaptat un sistem ce constă în modificarea ritmului cardiac şi a debitului de sânge ce irigă pielea. Alte ectoterme cresc temperatura corpului prin producerea de căldură. De exemplu, multe insecte pot zbura doar după ce temperatura muşchilor ce antrenează aripile ajunge în zona 35–41°C şi ele trebuie să-şi menţină temperatura în acest interval în timpul zborului. Pentru creşterea temperaturii muşchilor aceste insecte îşi contractă muşchii utilizaţi în zbor într-o manieră analoagă tremuratului mamiferelor. În cazul microorganismelor, la temperatura minimă de dezvoltare, metabolismul este scăzut, iar ritmul de creştere şi diviziune celulară este încetinit. În cazul unor bacterii, intervalul dintre două diviziuni poate creşte de la 20 minute la 6-7 ore48. Limita inferioară a temperaturilor minime este considerată a fi temperatura de -5°C, întrucât punctul de congelare al constituenţilor celulari este mult mai scăzut decât cel al apei pure, în prezenţa moleculelor organice şi minerale pe care le conţin în soluţie. Temperatura optimă este aceea la care dezvoltarea populaţiei de microorganisme se face la modul cel mai intens, cu alte cuvinte, are ca rezultat formarea celui mai mare număr de celule într-un timp dat49. Această valoare nu coincide însă cu aceea a temperaturilor optime pentru diferite activităţi fiziologice ale celulei sau cu viteza de fermentaţie sau de acumulare a unui produs de Constraints on Ectotherm Energy Budgets, American Zoologist 1992 32(2):154-178; Gianluca Tosini, Circadian Rhythm of Body Temperature in an Ectotherm (Iguana iguana), Journal of Biological Rhythms, Vol. 10, No. 3, 248-255 (1995) 48 G. Zarnea, op. cit., p. 171. 49 De exemplu, temperatura optimă de dezvoltare este de 28-40°C la Bacillus subtilis (în sol, substanţe vegetale în descompunere), Escherichia coli (intestinul vertebratelor) - 37°C, Pseudomonas gelatica (mări, oceane) – 20-25°C. 47

52

metabolism50. Temperatura maximă de dezvoltare este, de obicei, cu 10-15°C mai mare decât temperatura optimă a microorganismului respectiv.

Fig. 3.17. Controlul circulaţiei sangvine la nivelul pielii la iguana de Galapagos În funcţie de temperaturile lor de dezvoltare, microorganismele se pot clasifica în: Criofile – reprezentate de bacterii şi levuri izolate din solurile îngheţate, zăpadă şi gheaţă, suprafaţa şi intestinul unor peşti marini, fecalele de pescăruş şi foci. Mecanismele termoreglabile nu sunt cunoscute, sunt însă în literatură prezentate unele ipoteze51. Criofilele, în mediile oceanice, pot permite utilizarea eficientă a nutrienţilor disponibili; unele bacterii criofile pot avea efect în recircularea şi utilizarea chitinei, foarte rezistentă la degradare; pot fi sursă de hrană, dar în acelaşi timp pot avea efect negativ asupra alimentelor conservate prin frig. Mezofile – se dezvoltă la temperaturi cuprinse între 25-40°C. În această categorie sunt incluse microorganismele patogene pentru om şi animale. Nu se dezvoltă la temperaturi sub 10°C datorită inactivării unor procese metabolice52. Termofile. Din această categorie fac parte microorganismele prezente la 50

De exemplu, la Streptococcus thermophilus, viteza maximă de multiplicare se realizează la o temperatură de 37°C, viteza maximă de fermentaţie este de 47°C etc. 51 A se vedea în acest sens, G. Zarnea, op. cit., p. 191-182. 52 La E. coli, de exemplu, este blocată sinteza proteinelor şi este inhibată activitatea enzimelor (idem, p. 174). 53

suprafaţa solurilor însorite (50-70°C), în produsele însilozate care fermentează (6065°C), în apele termale, compost etc. Nici în cazul lor, nu sunt explicate în mod clar mecanismele moleculare ale termofiliei53. Ele pot dezvolta activităţi fermentative, dar şi unele particulare: celulozoliză, reducerea sulfaţilor, utilizarea hidrocarburilor etc. Hipertermofile – se dezvoltă la temperaturi cuprinse între 80-110°C şi pot fi întâlnite în efluenţii fierbinţi ai staţiilor geotermale, regiunile hidrotermale submarine, anaerobe.

53

Ibidem, p. 175-176. 54

4 Apa în ecosistem 4.1. Consideraţii generale Ca factor ecologic, apa reprezintă componentul esenţial al materiei vii (în mod curent 65-80% din biomasă) participând la toate procesele fiziologice şi biochimice. Cea mai mare parte din suprafaţa globului este reprezentată de ape, oceanele ocupând 70,8% - 361 milioane km2. Apa are o distribuţie diferită în timp şi spaţiu ceea ce creează condiţii foarte diverse. Dacă în emisfera nordică suprafaţa oceanului este cu 54 milioane km2 mai mare decât cea a uscatului (1,53%), în emisfera sudică aceasta depăşeşte de 4,28 ori suprafaţa uscatului1. In funcţie de participarea apei la structurarea mediului există următoarele tipuri de medii: ™ mediul marin şi oceanic (97 %). Compus din: mediul litoral/costier, mediul pelagic, mediul abisal (bentonic), mediul deschis, mediul hidric al organismelor vii; ™ mediul apelor continentale (3%). Compus din: mediul apelor dulci de suprafaţă – 1% (mediul lacustru, mediul hidric pedologic, mediul fluvial, mediul hidric al organismelor vii), mediul glaciar – 79%, mediul apelor subterane – 20%.

Fig. 4.1. Repartiţia surselor de apă

1

206.500.000 km2 oceane faţă de 48.500.000 km2 uscat. 55

Conform datelor UNESCO, rezerva mondială de apă este de aproximativ 1.386 milioane km3, din care peste 97% este apă sărată. Din totalul de apă dulce, peste 68% este blocată în gheaţă/ gheţari, iar 30% se găseşte în subteran. Sursele de apă dulce de suprafaţă (râurile şi lacurile) însumează 93.100 km3. Apa contribuie la zonarea latitudinală şi altitudinală a vegetaţiei şi la împărţirea zonelor mari în subzone. Cantitatea totală anuală de apă din precipitaţii determină caracterul general al ecosistemului astfel: o cantitate de 0-250 mm precipitaţii căzută anual caracterizează o zonă de deşert, 250-750 mm – stepa, savana, 750-1250 mm – pădurile din zonele umede, >1250 mm – pădurile ecuatoriale (fig. 4.2. şi tabelul 4.1.).

Fig. 4.2. Zonarea vegetaţiei în funcţie de cantitatea de precipitaţii Tabelul 4.1. Clasificarea regiunilor pe baza indicelui de ariditate

Zona climatică P/ETP % din suprafaţa globului Foarte arid 0.65 39.2 Rece > 0.65 13.6 Sursa: WMO-UNEP Report (1996): Interactions of Desertification and Climate 4.2. Circuitul apei Apa este supusă unui proces continuu de circulaţie, având o componentă atmosferică în care predomină faza gazoasă şi una terestră, în care predomină fazele lichide şi solide. 56

Circuitul biogeochimic al apei presupune ansamblul transformărilor apei (sub formă lichidă sau vapori) între continente, oceane şi atmosferă. El este influenţat de o serie de factori care condiţionează anumite procese fizice şi chimice din atmosferă, determinând umiditatea atmosferică şi chiar climatul regiunii respective. Factorii care alcătuiesc baza circuitului apei în natură sunt: evaporaţia, condensarea şi precipitaţiile. Evaporaţia este procesul natural prin care apa din hidrosferă, litosferă şi biosferă, în contact direct cu aerul atmosferic se transformă în vapori, trecând în învelişul gazos al Pământului. Transformarea este însoţită de consum de energie care este preluată din mediu (se exprimă ca flux de căldură latentă – Jm-2sec-1). Prin evaporaţie se restituie atmosferei un însemnat procent de apă pe care aceasta a pierdut-o prin precipitaţii. Când fenomenul se produce direct de la suprafaţa apei vorbim de evaporaţie potenţială, iar când se produce de la suprafaţa solului şi a învelişului vegetal, de evapo-transpiraţie. Evaporaţia potenţială este mai intensă în anotimpurile calde şi descreşte de la tropice - ecuator spre cei doi poli. Cantitatea de apă care se evaporă la nivelul unei suprafeţe depinde de radiaţia netă la nivelul suprafeţei, temperatură, viteza vântului, deficitul de saturaţie, presiune atmosferică etc. Condensarea este procesul care are loc în atmosferă, acolo unde surplusul de vapori ajunşi la saturaţie, la o temperatură scăzută, se transformă în picături de apă, sau sublimează, sub forma unor mici cristale de gheaţă. Procesul condensării (respectiv al sublimării) înregistrează mai întâi o fază de formare a norilor şi a ceţii şi, apoi, o fază de formare a precipitaţiilor. A doua fază nu este absolut obligatorie, de foarte multe ori, condensarea oprindu-se la faza de ceaţă-nori (norii iau naştere prin condensarea sau cristalizarea vaporilor de apă) Precipitaţiile reprezintă apa care cade pe pământ, cu durată şi intensităţi diferite, din atmosfera saturată în vapori. Prin precipitaţii înţelegem: ploaia, zăpada, grindina, roua, bruma, chiciura (promoroaca). Precipitaţiile atmosferice constituie sursa apelor curgătoare, precum şi a apelor subterane (prin procesul de infiltraţie). In cadrul circuitului apei (fig.4.3.), pe lângă fenomenele amintite anterior, un rol important îl au scurgerile superficiale. Acest fenomen creşte în intensitate pe măsură ce creşte panta terenului şi uneori are un efect nedorit – provoacă eroziunea solului. De asemenea, nu sunt de neglijat infiltrările şi curgerile subterane. O dată cu acest circuit sunt antrenate în circulaţie şi substanţe solubile care astfel ies din ecosistem2. Intrările şi ieşirile variază ca intensitate şi volum în funcţie de categoriile de ecosisteme şi de variaţiile sezoniere ale climei. Fiecare ecosistem are un bilanţ hidric propriu. Menţinerea echilibrului dintre intrări şi ieşiri a condus în timp, la dezvoltarea unor adaptări morfologice, fiziologice şi comportamentale ale vieţuitoarelor pentru a permite supravieţuirea populaţiilor.

2

In afară de gazele atmosferice solubile, picăturile de apă conţin poluanţi atmosferici organici şi neorganici atât dizolvaţi cât şi solizi. 57

Fig.4.3. Circuitul apei (sursa www.eoearth.org) 4.3. Apa în atmosferă În atmosferă, apa se găseşte în toate cele trei stări de agregare: gazoasă (vapori de apă), lichidă (ploaie, nori, ceaţă, rouă) şi solidă (zăpadă, gheaţă, grindină). Transformările dintr-o stare în alta care au loc în mod continuu sunt însoţite de consum sau eliberare de energie (fig. 4.4).

Fig. 4.4. Fluxul caloric asociat cu stările de agregare ale apei Umiditatea atmosferică reprezintă cantitatea de apă existentă la un moment dat în atmosferă sub formă de vapori şi poate fi exprimată în două moduri: ™ umiditate absolută (Uabs) reprezintă cantitatea (greutatea) de vapori de apă conţinută la un moment dat de unitatea de volum de aer (g. vapori de apă/m3 de aer). Aceasta creşte odată cu temperatura. ™ umiditatea relativă, Urel - (%) reprezintă cantitatea de vapori existentă în aer, raportată la cantitatea de vapori din aerul saturat, în condiţii 58

date de temperatură şi presiune sau raportul procentual faţă de presiunea maximă a vaporilor de apă existenţi în atmosferă la o temperatură dată. U rel =

U abs ⋅100 Um

Deficitul de saturaţie reprezintă diferenţa dintre umiditatea maximă3 (Um) şi cea absolută. Acesta caracterizează intensitatea de evaporare a apei şi intensitatea transpiraţiei. Cu cât deficitul de saturaţie este mai mare, cu atât aerul este mai uscat, iar intensitatea de evaporare a apei şi intensitatea transpiraţiei este mai mare. Pentru speciile terestre, umiditatea aerului are o importanţă deosebită deoarece ea condiţionează intensitatea transpiraţiei şi prin urmare consumul de apă al plantelor, atacurile agenţilor patogeni etc.

Fig. 4.5. Roua. Graficul variaţiei presiunii vaporilor de apă în funcţie de temperatură Ploaia reprezintă cea mai importantă sursă de apă şi are o mare influenţă asupra ecosistemelor prin cantitate, repartiţie, durată şi torenţialitate4. O ploaie este utilă dacă ea poate fi utilizată de către plante deoarece, în anumite situaţii, cantităţi importante se pierd prin scurgere la suprafaţă sau prin percolare. Ploaia utilă este acea fracţiune din totalul precipitaţiilor care este interceptată efectiv de vegetaţie şi/sau este stocată în orizontul de sol explorat de rădăcini şi care este utilizată în evapotranspiraţia sistemului sol-plantă5 Zăpada protejează plantele şi solul de temperaturile scăzute din timpul iernii, iar primăvara, prin topire, îmbibă solul cu apă menţinându-l rece, întârziind intrarea rapidă a plantelor în vegetaţie, ceea ce le-ar expune pericolului îngheţurilor târzii. 3

Cantitatea de vapori de apă, în grame, necesară pentru a satura complet un metru cub de aer. Ploile intense nu sunt utile plantelor deoarece se scurg pe suprafaţa solului; ploile torenţiale distrug structura solului şi accentuează eroziunea acestuia; ploile torenţiale slăbesc înrădăcinarea plantelor; ploile abundente şi de lungă durată împiedică procesul de fecundare, întârzie maturarea fructelor etc. 5 Guyot G, 1997, Climatologie de l environnement, Ed. Masson; Paris. 59 4

Roua (fig. 4.5) şi ceaţa6 - pun la dispoziţia plantelor cantităţi mici de apă (cca. 10% din precipitaţiile anuale) dar sunt importante pentru că au o anumită ritmicitate. 4.4. Interdependenţa umiditate - temperatura Cei doi factori ecologici temperatura şi umiditatea, aflaţi în interdependenţă, influenţează intensitatea de evaporaţie a apei, procesele de creştere, dezvoltare şi înmulţire a organismelor vii, dinamica sezonală a ciclurilor vitale, repartiţia biomurilor etc. În literatură au fost propuse pentru caracterizarea climatului, în special în ceea ce priveşte interacţiunea umiditate-temperatură, două categorii de descriptori: numerici – indicatori climatici şi grafici – diagramele. În prima categorie sunt incluşi de exemplu: a. Factorul de ploaie Lang: P iL = T în care, P T

– cantitatea medie anuală de precipitaţii (mm), – temperatura medie anuală (oC).

în care, M m P

– media maximă anuală de precipitaţii, – media minimă anuală de precipitaţii, – media anuală de precipitaţii.

b. Indicele de ariditate de Martonne, provine din modificarea factorului de ploaie al lui Lang, astfel încât la temperaturi negative, factorul să nu fie negativ. P iDM = 10 + T Valorile acestui indice sunt cu atât mai mari cu cât climatul este mai umed (astfel, iDM< 5 – climat foarte arid, < 10 – arid, < 20 – semiarid, < 30- semiumed, < 55 – umed). c. coeficientul pluviometric Emberger: (M + m ) ⋅ (M − m ) Q= 100 ⋅ P

d. Indicele Aman: P ⋅T IA = Tmax − Tmin e. Indicele de umiditate Thornthwaite, care ia în considerare necesarul în apă al vegetaţiei7: 6

7

Ceaţa este un sistem coloidal, alcătuit din particule fine de apă şi/sau cristale de gheaţă, care rămân în suspensie un anumit timp în aerul atmosferic şi care reduc vizibilitatea. Pentru formarea ceţii este necesară saturarea aerului cu vapori de apă. Ceaţa are ca efect reducerea radiaţiei solare care ajunge la suprafaţa solului şi creşterea duratei de umectare a organelor aeriene (ceea ce poate duce la apariţia unor boli) – Ileana Fulvia Săndoiu, op. cit., p. 93. Se bazează pe formule care necesită date precise pe care le pot furniza numai staţiile meteorologice complete, în care se măsoară evapotranspiraţia potenţială şi reală. 60

P − ETR ETPc EPTC − ETR Ia = EPTC I m = I h − 0,6 ⋅ I a Ih =

în care, ETPc – evapotranspiraţia potenţială climatică, ETR – evapotranspiraţia potenţială reală, Im – index de umiditate.

În ceea ce priveşte reprezentarea grafică amintim: a. diagrama ombrotermică a lui Gaussen - reprezintă un mod de prezentare sintetică a climatului şi a ciclului sezonier. Pe abscisă se reprezintă cantitatea de precipitaţii căzute în fiecare lună, iar pe ordonată temperatura medie a fiecărei luni. Se poate identifica climatul general, mezo şi microclimatul. b. Climatograma permite punerea în evidenţă a perioadelor secetoase şi ploioase. (fig. 4.6) O lună este secetoasă dacă raportul dintre cantitatea anuală de precipitaţii P (mm) şi temperatura medie T (oC) este mai mic de 2. Cele două variabile se reprezintă pe acelaşi grafic, în funcţie de timp. Scara pentru umiditate este dublă faţă de cea adoptată pentru temperatură.

Fig. 4.6. Diagrama ombrotermică a lui Gaussen. Climatograma. Pe abscisă sunt trecute lunile anului (emisfera nordică ianuarie-decembrie; emisfera sudică iulie-iunie), iar pe ordonată: o diviziune = 10 0C sau 20 mm precipitaţii. Rezultatul este o diagramă, în care perioadele secetoase corespund situaţiei în care curba temperaturilor se află deasupra curbei precipitaţiilor şi se marchează cu puncte, în timp, ce perioada umedă (inversă) se marchează cu linii perpendiculare. Dacă se depăşeşte cantitatea de 100 mm precipitaţii haşura este totală. Seceta reprezintă un fenomen rar sau cu o anumită frecvenţă de abatere negativă a cantităţii de apă din precipitaţii faţă de o valoare medie multianuală considerată “normală”8. Intensitatea secetei se determină în funcţie de lungimea 8

Din punct de vedere meteorologic, seceta se defineşte ca fiind o perioadă cu deficit important (sau chiar absenţa) precipitaţiilor. Seceta meteorologică se instalează după 10 zile consecutive 61

perioadelor de secetă şi frecvenţa perioadelor fără precipitaţii (14 zile consecutive în perioada rece a anului şi 10 zile consecutive în sezonul de vegetaţie). Teoretic, seceta poate apărea în toate regiunile climatice, dar caracteristicile de cuantificare diferă de la o regiune la alta. Seceta face parte dintre hazardele naturale, iar definiţiile care o pot evidenţia variază în funcţie de domeniul afectat sau de populaţiile care suportă consecinţele. Seceta se poate defini în raport cu deficitul precipitaţiilor faţă de evapotranspiraţia potenţială (P-ETP) într-un an, un anumit sezon, sau în raport cu exigenţele unei anumite culturi la un moment dat. De asemenea, seceta poate apărea şi în zone în care precipitaţiile anuale sau periodice sunt "normale" sau apropiate de media multianuală, dar apa căzută provine din precipitaţii rare, cu intensităţi mari (mm/min), care nu au permis acumularea apei în sol. Acest tip de secetă, de exemplu, este tot mai frecvent în sudul şi estul României cu tendinţă de extindere în centrul şi vestul ţării9. 4.5. Apa din sol Apa din sol şi apa subterană determină regimul hidric al solului şi are influenţe asupra organismelor vii. Apa gravitaţională formează - stratul acvifer periodic al solului10, iar cea subterană, prin poziţia şi natura ei poate influenţa negativ sau pozitiv organismele vii. Apa din sol se poate găsi în diferite forme, fiecare având însuşiri diferite: ™ apa liberă este apa din porii solului care se află în afara forţelor de sorbţie ale particulelor de sol. Ea poate fi: capilară (apa reţinută de porii capilari cu diametru sub 1 mm) care are cea mai mare importanţă pentru plante, întrucât este uşor mobilă şi gravitaţională (apare când apa care se acumulează în sol depăşeşte nivelul corespunzător apei capilare). ™ apa legată fizic este apa adsorbită la suprafaţa particulelor de sol. Cantitatea de apă adsorbită depinde direct de structura solului, textura acestuia, dar şi de caractere macroscopice precum panta şi drenaj. Un sol „echilibrat” conţine 28-30% apă, un sol nisipos-15%, un sol argilos-40%, turba 60%11. Conţinutul de apă din sol este într-o permanentă schimbare. fără precipitaţii. Intensitatea secetei meteorologice se apreciază în funcţie de numărul de zile fără precipitaţii şi de numărul de zile cu precipitaţii sub normal sau sub media multianuală a perioadei pentru care se face analiza. Seceta se asociază de asemenea cu alţi factori cu efect de potenţare: temperatura, viteza vântului, umiditatea aerului etc., iar în zone cu relief accidentat expoziţia, panta, profunzimea şi textura solurilor determină o distribuţie mozaicată a terenurilor afectate. 9 I. Barbu, I. Popa, Monitorizarea riscului de apariţie a secetei în pădurile din România, Bucovina Forestieră IX, 1-2, p. 37-40. 10 Apa din pânza de apă freatică devine utilă când se găseşte la adâncime mai mică de 4-7 m (cazul cernoziomurilor). Înălţimea de urcare variază între 1-5 m şi depinde de însuşirile solului (textură şi structură). În condiţiile solurilor mijlocii, în general, apa freatică alimentează capilar un strat de 2 m (Gh. Budoi, A Penescu,1996, Agrotehnica, Ed. Ceres, p.43) 11 S. Frontier and all, op. cit., p. 111. 62

Întrucât apa din sol se află sub influenţa diferitelor forţe, care îi afectează mobilitatea şi accesibilitatea, plantele folosesc numai o parte din această apă, de regulă, cea care se află în intervalul umidităţii active (I.U.A) (fig. 4.7). Acest indicator este cuprins între valorile corespunzătoare capacităţii de câmp şi ale coeficientului de ofilire12.

Fig. 4.7. Intervalul umidităţii active Conţinutul solului în apă influenţează puternic activitatea microorganismelor din sol. S-au demonstrat modificări importante atât în compoziţia sistematică cât şi în activitatea microorganismelor odată cu variaţia umidităţii din sol. Activitatea biologică globală a unui sol tinde să scadă odată cu scăderea conţinutului de apă, dar contrar celor întâlnite la plante, punctul de ofilire (PF-4,2) nu constituie un prag indicator al încetării activităţii microbiene13. Apa din sol acţionează ca solvent pentru nutrienţii minerali, dar şi pentru unii poluanţi, influenţează mişcarea gazelor (un sol slab drenat este slab oxigenat), pH14 etc. Apa are un rol hotărâtor în procesul de formare al solului. Astfel, procesele de dezagregare şi alterare, formarea de noi minerale, formarea humusului15 şi a 12

Coeficientul de ofilire (CO) reprezintă cantitatea de apă pe care o reţine solul când plantele se ofilesc permanent, cu alte cuvinte nu îşi mai revin chiar dacă sunt puse într-un mediu saturat cu vapori de apă. Pentru majoritatea plantelor forţa echivalează cu 15 atm. CO depinde în principal de textura şi cantitatea de materie organică a solului şi, în mică măsură, de speciile de plante. Capacitatea de câmp (CC) este cantitatea de apă pe care o poate reţine solul în condiţii de câmp în mod durabil după ce a fost saturat cu apă. La această stare, solul conţine apa adsorbită (higroscopic), apa peliculară şi apa capilară. Capacitatea de câmp depinde de textura şi structura solului şi reprezintă limita superioară a apei accesibile pentru plante – Gh. Budoi, A. Penescu, op.cit, p. 50-51. 13 Daniela Popa, 2005, Solul viticol – tezaur pentru o dezvoltare durabilă, Ed. Universitaria Craiova, p. 80-81. 14 Valorile pH se încadrează în limitele 0 – 14 (în cazul în care valorile pH sunt mai mici de 7, soluţia are reacţie acidă, iar la valori mai mari de 7 prezintă o reacţie bazică). În cursul evoluţiei lor, organismele s-au adaptat la diverse valori ale pH-lui. Fluctuaţiile pH nu sunt însă considerate implicate direct în determinarea structurii biocenozelor naturale (C.J. Krebs, 1978). 63

orizonturilor de sol, numeroase reacţii chimice depind de prezenţa apei. Apa influenţează desfăşurarea tuturor proceselor fizice, fizico-chimice şi biologice care determină fertilitatea solului. 4.6. Biotopul acvatic Apa este un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme, cu biotopuri specifice, care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice complexe (ecosistemele acvatice). Ponderea biotopurilor acvatice (peste 70% din suprafaţa totală a Pământului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia în climatul planetar. În circuitul ei, apa preia un număr mare de minerale, substanţe organice şi gaze. Ca urmare apele naturale reprezintă nişte soluţii ale diferitelor substanţe. Cea mai variată compoziţie o au apele subterane16. Componenţii chimici ai apelor naturale se împart în 6 grupe: a. Ionii principali care includ K+, Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, SO42-, HCO3-, CO32-. Ionii principali pătrund în apele naturale din rocile muntoase, minerale, sol sau în urma activităţii de producţie a omului. Compoziţia ionică este foarte complexă (90 de ioni principali) care se menţin în proporţii constante. Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sub aspect cantitativ, dar şi calitativ. Salinitatea este cca. 1%o. Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu, magneziu (responsabili de duritatea apei), sodiu, potasiu, bicarbonaţi (99%), la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi, fosfaţi şi azotaţi. Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează în limite foarte largi fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului. Ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă însă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare. În apa mărilor şi oceanelor salinitatea standard este situată în jurul valorii de 35%o (din care 27%o - NaCl)17, aceasta prezentând unele variaţii, ca de exemplu: 40%o la suprafaţa Mării Roşii, 38%o în Marea Mediterană, 17,7%o în Marea Neagră, 35,5%o în Atlanticul de Nord, 10%o în unele puncte din Marea Baltică. Aceste variaţii cumulate cu variaţiile de temperatură au drept consecinţă stratificarea verticală a apelor. De asemenea, acţionează asupra organismelor prin presiunea 15

Reprezintă factorul major al fertilităţii solului, prin asigurarea permanentă a nutrienţilor în forme accesibile plantelor. Funcţia este consecinţa faptului că humusul este în permanenţă expus activităţilor de degradare efectuate de către microorganisme şi datorită cărora materialele humice sunt în stare de echilibru dinamic (descompunerea lor treptată este compensată prin resinteză). Humusul exercită efecte benefice pentru evoluţia vieţii în sol: rol în formarea structurii glomerulare şi grăunţoase a solului, îmbunătăţirea porozităţii solului şi indirect a permeabilităţii pentru aer şi apă, capacitatea de reţinere a apei în forme accesibile plantelor, îmbunătăţirea absorbţiei radiaţiilor solare calorice şi a gradului de încălzire a solului etc. 16 Daniela Popa, Apa - mediu pentru microorganisme, Ed. Universitaria Craiova, 2006, p. 8. 17 Densitatea apei este de 1,026 la o temperatură de 15oC. 64

osmotică. Salinitatea oceanelor a rămas aproape neschimbată de-a lungul istoriei geologice18. În general, proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămâne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii. Excepţie face concentraţia ionilor de calciu care variază mai mult decât celelalte componente. Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3). Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor sau prin evaporaţie poate afecta local concentraţia ionilor de calciu, mai ales în apele mai puţin adânci. Disocierea carbonatului de calciu în anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionul carbonat (CO32-). După gradul de toleranţă al organismelor la salinitate, acestea se clasifică în două grupe ecologice: ™ eurihaline, care suportă oscilaţii largi ale salinităţii; ™ stenohaline, care suportă variaţii înguste ale acestui factor. În general, salinitatea constituie factorul chimic specific ecosistemelor acvatice ale cărei fluctuaţii în timp şi spaţiu influenţează profund structura biocenozelor naturale, impunând adaptări complexe populaţiilor componente şi condiţionând arealul geografic al speciilor. b. Gazele dizolvate - O2, N2, H2S, CH4 ş.a. Concentraţia gazelor din apă se apreciază după presiunea parţială şi constanta lui Henry (K = p(O2)/c(O2)). Conform legii lui Henry concentraţia gazului dizolvat în lichid este direct proporţională cu presiunea parţială a gazului de deasupra lichidului. Solubilitatea gazelor în apă depinde atât de natura acestora cât şi de temperatura lichidului19 (fig. 4.8).

Fig. 4.8 Reprezentarea grafică a legii lui Henry

18 19

Frontier, op. cit., p. 81. De exemplu, la o presiune de 1 atm şi o temperatură de 20° C, se găseşte 0.0434 g oxigen dizolvat la un litru de apă; iar la o presiune de 10 atm şi o temperatură de 20° C, 0.434 g. Legea lui Henry nu se aplică gazelor extrem de solubile în apă (http://encarta.msn.com/encyclopedia_ 761573889/Henry%E2%80%99s_Law.html). 65

Cele mai importante gaze dizolvate în apele mărilor sunt oxigenul molecular (O2) – 4-8 mg/l şi CO2 - concentraţii diferite. Conţinutul acestor gaze este menţinut în echilibru ca urmare a fenomenelor fizice (echilibrul cu atmosfera, echilibrul între gaze, carbonaţi şi bicarbonaţi) şi biologice (fotosinteza, respiraţie, degradarea bacteriană a materiei organice). Concentraţia oxigenului dizolvat scade rar sub jumătate din nivelul de saturaţie al aerului (4 mg/l), datorită consumului redus din mediul oligotrof, rece şi hiperbaric. Concentraţia de CO2 din mediile acvatice creşte cu adâncimea datorită stratificării. Variaţiile concentraţiilor de CO2 prezintă importanţă şi datorită corelaţiilor cu valorile pH. Dioxidul de carbon atmosferic (CO2) se dizolvă în apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic-H2CO3. Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3-) şi carbonat (CO32-). Coexistenţa acestor doi ioni în apă creează un sistem chimic de tampon care reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon. Astfel, dacă există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic, există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei. Dacă dioxidul de carbon este reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi, concentraţia ionilor de hidrogen este mai redusă, ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei. În apele marine se găsesc cantităţi mari de carbon organic dizolvat. Se estimează că din carbonul total dizolvat, 3-5% este reprezentat de carbonul organic20, restul fiind carbon mineral. c. Substanţele biogene - în special compuşii azotului şi ai fosforului. Concentraţiile lor în apele dulci de suprafaţă variază în limite foarte mari: de la urme până la 10 mg/l. d. Microelementele. În această grupă intră toate metalele, în afară de ionii principali şi de fier: Cu2+, Mn2+, alţi ioni ai metalelor tranziţionale precum şi anionii Br-, F-, I- ş.a. care se întâlnesc în bazinele acvatice naturale în concentraţii foarte mici. Prezenţa lor este însă necesară pentru funcţionarea normală a organismelor vii. e. Substanţele organice dizolvate (SOD) reprezintă formele organice ale elementelor biogene. Acest grup include diferiţi compuşi organici: acizi, alcooli, aldehide, cetone, eteri, esteri ai acizilor alifatici (lipide), fenoli, substanţe humice, compuşi aromatici, hidraţi de carbon, compuşi cu azot (proteine, acizi aminaţi, amine) ş.a.m.d. Pentru caracterizarea cantitativă a SOD se folosesc indicatori indirecţi: conţinutul total de C.org., N.org., P.org., oxidarea apei cu permanganat sau bicromat (CCO), consumul biochimic de oxigen (CBO5). Substanţele organice sunt 20

MOREL (A.), 1989. – Production primaire océanique. Flux de carbone et de particules. In M. Denis édit., Océanologie, actualité et prospective (Sympos. Centenaire Station Marine d’Endoume). Centre Océanologique de Marseille : 309-337. Minster (J.F.) & Merlivat (L.), 1992. – Où va le gaz carbonique ? La Recherche, 243 (mai 1992 : numéro spécial « L’effet de serre ») : 592-597. 66

prezente în apele de suprafaţă în concentraţii relativ mici (de obicei 50 cm/sec multe organisme care populează aceste medii sunt antrenate de curentul de apă, ele rezistând numai dacă au capacitate de aderenţă la substrat. Peştii se comportă diferit, ei având tendinţa de a înota împotriva curentului de apă. Temperatura apei variază în funcţie de perioada din zi, sezon, altitudine şi de conţinutul în oxigen dizolvat (cantitatea mai mare se află spre izvoare şi scade progresiv spre aval).

Fig. 4.11 Condiţiile normale şi condiţiile de formare pentru El Niño (sursă: winds.jpl.nasa.gov) 27

Vesilind, 2003, National Geographic story. 70

Lacurile sunt bazine acvatice stagnante, localizate în depresiuni ale scoarţei terestre cu origini diferite. În funcţie de concentraţia sărurilor, conţin apă dulce, salmastră sau sărată. În funcţie de gradul de iluminare, lacurile cuprind zone cu importanţă pentru microorganisme şi activitatea acestora. Într-un lac, încălzirea suprafeţei se manifestă prin stratificarea masei de apă şi ca urmare printr-o stabilitate pe verticală în ansamblu. Din contră, o răcire a suprafeţei, însoţită de căderea ploilor şi /sau prezenţa vânturilor puternice, omogenizează masa apei, care devine instabilă. Aceste variaţii au un caracter sezonier (fig. 4.12). 4.7. Influenţa apei asupra organismelor Conţinutul în apă al din plante este destul de ridicat în perioada activităţii vitale: alge – 96-98%, iarbă – 83-86%, tulpinile arborilor – 40-55%, tuberculii de cartof – 74-80% , în tomate - 90 %; în mere - 85 %; în castraveţi - 95 %; în pepeni verzi - 96 % etc. , în timp ce în seminţele uscate ea scade la aproximativ 10-15% din greutate28.

Fig. 4.12 Ciclul anual termic al unui lac din zona temperată Apa este indispensabilă plantelor. Ea participă în mod direct sau indirect la toate procesele fiziologice şi biochimice care se petrec în plantă, influenţează ritmul de creştere al rădăcinilor etc. Pentru plantele terestre sursa de aprovizionare cu apă o reprezintă solul care funcţionează ca un rezervor pentru apa provenită din precipitaţii. Plantele pot utiliza apa existentă în sol în două moduri: fie se deplasează către rădăcina plantelor, fie rădăcina plantelor creşte către zona de sol aprovizionată 28

Gh. Budoi, op. cit., p. 39. 71

cu apă. Nu toată apa care se găseşte în sol este accesibilă plantelor, aceasta deoarece forţa de absorbţie a acesteia de către rădăcini este mai mică decât forţa de reţinere la nivelul particulelor de sol sau în micropori. Pe durata perioadei de vegetaţie, plantele au cerinţe diferite faţă de apă. Sunt unele faze, numite critice, în care lipsa apei poate determina reducerea biomasei şi respectiv a productivităţii biologice29. Fiecare ecosistem are un bilanţ hidric propriu. Menţinerea echilibrului dintre intrări şi ieşiri a condus în timp, la dezvoltarea unor adaptări morfologice, fiziologice şi comportamentale ale vieţuitoarelor pentru a permite supravieţuirea populaţiilor. După cerinţele faţă de apă, organismele se clasifică în: ™ hidrofite/ hidrofile - care se întâlnesc în locuri cu umiditate excesivă şi suportă variaţii mici de umiditate, de exemplu: piciorul cocoşului (Ranunculus aquatilis), săgeata apei (Sagittaria sagittifolia) 30, râma etc.; ™ mezofite/mezofile - care ocupă biotopuri cu umiditate moderată, suportând variaţii mari ale umidităţii în sol; de exemplu: plantele din pajiştile naturale ale zonei temperate (Festuca rubra, Dactylis glomerata etc.), arborii cu frunze caduce, plantele de cultură şi buruienele, unii amfibieni (Salamandra salamandra, Hyla arborea). Plantele încadrate în această grupă au o rezistenţă limitată la seceta atmosferică. ™ xerofite/xerofile – speciile care trăiesc în zone aride, cu un deficit permanent sau temporar de umiditate atât în aer cât şi în sol. Speciile vegetale se caracterizează prin diverse tipuri de adaptări: morfologice (dezvoltarea unui sistem radicular profund, care să permită folosirea apei din zonele inaccesibile), anatomo-histologice (reducerea transpiraţiei prin reducerea suprafeţei foliare, închiderea stomatelor etc.), chimice (creşterea presiunii osmotice a sevei), fenologice (adaptări ce privesc ciclul biologic al plantelor)31. Speciile xerofite se împart în 2 grupe: ™ suculente – cactuşii (fig. 4.13), aloe (fam Liliacee), agava (Fam Amarilidaceae) ™ tipic xerofite – cresc în stepe: pelinul (Artemisia absinthium), pirul crestat (Agropyron cristatum). Organismele acvatice specifice apelor curgătoare au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei. Dintre acestea menţionăm: 29

Sunt considerate faze critice pentru apă formarea organelor florale, formarea şi dezvoltarea fructelor. 30 Atunci când nivelul apei este ridicat se diferenţiază frunze submerse, frunze natante şi frunze aeriene, iar când este scăzut pot apărea doar frunze aeriene. Sunt incluse în această categorie şi adaptările speciilor ce trăiesc în mangrove. 31 Arizona-Sonora Desert Museum (Content Partner); Mark McGinley (Topic Editor). 2008. „Adaptations of desert plants." In: Encyclopedia of Earth. Eds. Cutler J. Cleveland (Washington, D.C.: Environmental Information Coalition, National Council for Science and the Environment). http://www.eoearth.org/article/Adaptations_of_desert_plants 72

™

aplatizarea dorso-ventrală întâlnită la stadiile acvatice ale unor insecte, insecte acvatice şi moluşte, adaptare ce permite reducerea forţei de antrenare şi creşterea unei componente a acestei forţe ce tinde să menţină organismul pe substrat;

Fig. 4.13. Detaliu adaptare cactus Opuntia engelmannii transformarea unor aparate sau organe în ventuze sau cârlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (diptere, chironomide şi chiar peşti: guvidul de apă dulce, peştii remora etc.); ™ construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lângă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere); ™ reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi în consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei32. În funcţie de cerinţele plantelor faţă de pH acestea pot fi grupate astfel: ™ Specii acidofile – suportă bine pH-ul scăzut: ™ Specii slab acidofile (pH = 6,8–6,0). Ex.: Polygonatum verticillatum, Ranunculus carpaticus, Scrophularia nodosa, Stellaria nemorum, Symphytum cordatum. ™ Specii moderat acidofile (pH = 6,0–5,0). Ex.: Corallorhiza trifida. ™ Specii puternic acidofile (pH = 5,0–4,5). Ex.: Polystichum lonchitis. ™ Specii excesiv acidofile (pH = 4,5–4,0). Ex.: Vaccinium myrtillus. ™ Specii extrem acidofile – cresc pe soluri cu pH sub 4,0. Ex: Polytrichum commune, Vaccinium vitis-idaea. ™ Specii neutrofile – sunt adaptate să se dezvolte pe soluri neutre (pH = 7,2–6,8). Ex.: Polygonatum latifolium, Solanum dulcamara, Stachys sylvatica, Valeriana officinalis. ™ Specii bazifile (alcalinofile) – cresc pe soluri cu valori ridicate ale pHului (pH = 6,8–8,5). Ex.: Bupleurum falcatum. ™ Specii euriacidofile (indiferente) – suportă variaţii largi de pH, fără să le fie afectată creşterea, dezvoltarea şi reproducerea. ™

32

Andrei Ciolac, Elemente de Ecologie, curs universitar. 73

pH poate exercita o influenţă directă asupra distribuţiei şi abundenţei organismelor şi, de asemenea, contribuie indirect la disponibilitatea nutrienţilor şi/sau concentraţia toxinelor (fig. 4.14). Cantitatea redusă de apă din anumite zone a determinat apariţia unor adaptări şi la animale. Dintre acestea amintim: reducerea cantităţii de urină, reducerea transpiraţiei, consumul de hrană vegetală, unele insecte îşi reglează pierderea de apă prin respiraţie prin controlul activităţii orificiilor spiraculare33 . Unele specii de animale au dezvoltat o serie de adaptări comportamentale care le permit să supravieţuiască în perioadele de secetă. De exemplu, în ciclul de viaţă al amfibienilor o parte sau chiar toată perioada de adult se petrece pe pământ, dar adulţii se întorc în apă pentru a-şi depune ouăle (fig. 4.15).34

Fig. 4.14 Influenţa pH-ului asupra toxicităţii metalelor Termitele şi alte insecte care trăiesc în sol trebuie să supravieţuiască perioadelor umede, ploioase. Termitele subterane intră într-o stare de inactivitate pe perioadele prelungite de inundaţie.35 Apa este necesară pentru activitatea microorganismelor. Apa adsorbită pe diferite suprafeţe poate fi disponibilă sau nu, în funcţie de gradul de adsorbţie şi/sau de eficienţa cu care microorganismele o pot prelua. Forma de exprimare a disponibilităţii apei (în vederea exprimării amplorii stresului impus unei populaţii de 33

Fielden, L.J., F.D. Duncan, Y. Rechav, and R.M. Crewe, 1994. Respiratory gas exchange in the tick Amblyomma hebraeum (Acari: Ixodidae). Journal of Medical Entomology 31:30–35, Hadley, N.F. 1994.Water Relations of Terrestrial Arthropods. Academic Press, San Diego, CA. 34 William K. Purves, David Sadava, Gordon H. Orians, and H. Craig Heller, 2003, op. cit., p. 668 35 Forschler, B.T., and G. Henderson. 1995. Subterranean termite behavioral reaction to water and survival of inundation: implications for field populations. Environmental Entomology 24:1592– 1597. 74

microorganisme) este activitatea apei ( Wa – activitatea apei). Ea este mare în cazul habitatelor acvatice şi scăzute în mediile care conţin cantităţi mari de substanţe dizolvate. Valorile minime sau limitante ale apei la care bacteriile se mai dezvoltă sunt esenţiale deoarece ele condiţionează supravieţuirea acestora în natură. Spre deosebire de levuri şi de unele mucegaiuri, bacteriile (cu unele excepţii36) sunt puţin tolerante la activităţi mici ale apei. Metabolismul microorganismelor încetează la o activitate a apei de 0,60-0,65, cu toate că unele dintre acestea, xerotolerante (celulele cu perete celular gros, sporii, chiştii etc.) pot supravieţui în condiţii de uscăciune37.

Fig. 4.15 Ciclul de viaţă al amfibienilor Atât solurile uscate, cât şi cele umede limitează dezvoltarea microorganismelor. Bacteriile sunt în general mai sensibile, ele devenind inactive când solul argilos conţine mai puţin de 12% apă. De asemenea, nitritificarea este mult afectată de excesul de umiditate, care stimulează procesul de denitritificare. Fungii sunt mai rezistenţi la uscăciune. Nevoia de apă este diferită în funcţie de specii şi de faza de dezvoltare (creştere miceliană, germinarea sporilor, diseminare). Unii fungi (Pytium ultimum) se dezvoltă în soluri foarte umede, alţii în soluri foarte uscate (Aspergillus, Penicillium etc.), iar alţii sunt indiferenţi la variaţiile de umiditate (Fusarium, Trichoderma etc.). Comportamentul diferit determină natura populaţiei fungice în natură şi întro oarecare măsură explică limitarea unor boli la anumite regiuni38 . În funcţie de nevoile minime de apă microorganismele se împart în următoarele grupe39: 36

Mycobacterium tuberculosis este foarte rezistent, datorită învelişului parietal lipidic. G. Zarnea, op. cit., p. 183. 38 Idem., p. 613. 39 Daniela Popa, Solul -…., op. cit, p. 82. 75 37

™

™

™

hiperxerofile, al căror prag este superior valorii PF- 4,9 (microorganismele amonificatoare, amilolitice); xerofile, PF -4,9-4,2 (microorganismele care degradează celulaza, oxidează sulful etc.); higrofile, PF inferior valorii PF-2 (microorganismele care fixează azotul, o parte din nitrificatorii sulfatului de amoniu etc.).

76

5 Biocenoza în constituirea ecosistemului Biocenoza este alcătuită din totalitatea organismelor care îşi desfăşoară activitatea pe un anumit biotop, la care acestea sunt adaptate şi între care există diferite relaţii ce conferă comunităţii o coeziune sistemică1. Acest lucru permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un întreg. 5.1. Indicatorii de caracterizare a structurii biocenozei Pentru a înţelege modul în care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor ei precum şi modul în care este structurată biocenoza, atât din punct de vedere calitativ cât şi sub aspect cantitativ. În scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează indicatori precum: frecvenţa, abundenţa, constanţa, dominanţa, fidelitatea şi diversitatea. 1) Frecvenţa (%) - reprezintă raportul dintre numărul de probe care conţin specia luată în studiu şi numărul total de probe adunate în unitatea de timp. Acest indicator este influenţat de densitate şi distribuţia spaţială a populaţiilor. 2) Constanţa se exprimă în funcţie de frecvenţă şi indică prezenţa unei specii în una sau mai multe probe. Din acest punct de vedere speciile pot fi: ™ specii accidentale (F = 25%) ™ specii accesorii (F = 26-50%) ™ specii constante (F = 51-100%) 3) Abundenţa relativă (%) a unei specii reprezintă raportul dintre numărul (sau biomasa) indivizilor unei specii şi numărul (sau biomasa) indivizilor tuturor speciilor din probe. Abundenţa relativă a unei specii într-o biocenoză nu este întotdeauna corelată direct cu importanţa ei în funcţionarea biocenozei, în sensul că speciile cele mai abundente nu au mereu şi cea mai mare importanţă şi invers2. 4) Dominanţa exprimă influenţa unei anumite specii în structura şi funcţionarea unei biocenoze. Aceasta, deoarece unele specii prin numărul indivizilor, prin biomasa lor, prin productivitate şi alte activităţi, au un rol important în controlul unei biocenoze. Există şi situaţii în care o specie poate avea o abundenţă numerică scăzută, dar poate să exercite o influenţă mai mare în ecosisteme decât o specie cu abundenţă

Spre exemplu, biocenoza unui lac este alcătuită din: plante superioare, bacterii şi ciuperci, plante şi animale microscopice, animale fitofage şi peşti răpitori, iar biocenoza unei păduri este alcătuită din: arbori, arbuşti, plante ierboase, o faună bogată alcătuită din animale nevertebrate: acarieni, păianjeni, râme etc. şi vertebrate: batracieni, reptile, păsări şi mamifere. 2 F. Ramade, Eléments d'Ecologie. Ecologie Appliquée. Paris, Mac Graw-Hill, 1989. 77 1

mare. De exemplu, erbivorele sunt mai puţin numeroase decât unele insecte fitofage şi, totuşi, au o importanţă mai mare la nivelul unui ecosistem de câmpie. 5) Fidelitatea exprimă tăria legăturilor între speciile biocenozei. Este un indicator important deoarece dă posibilitatea caracterizării biocenozelor, prin prezentarea unor specii sau unor grupuri de specii, care pot deveni indicatoare ale biocenozei respective. Analizând acest indicator, putem vorbi despre: ™ specii caracteristice - legate strict de o biocenoză, care nu pot exista (supravieţui) în alte ecosisteme (de exemplu. păstrăvul este prezent numai în pâraiele de munte, în amonte); ™ specii preferenţiale – pot exista mai multe biocenoze dar preferă una (loboda - Chenopodium sp. o întâlnim pe terenurile bogate în azot, dar poate fi prezentă şi în cele sărace); ™ specii străine (întâmplătoare) – ajung întâmplător într-un ecosistem; ™ specii indiferente. 6) Diversitatea exprimă gradul de saturaţie în specii a unei biocenoze naturale. Este un indice cantitativ complex al structurii biocenozei, care se poate calcula pornind de la numărul speciilor şi abundenţa relativă a fiecăreia. Există mai multe metode matematice elaborate pentru definirea indicelui de diversitate, dintre care amintim3: Indicele de diversitate Shanon-Wiener se calculează cu ajutorul formulei: S n n H = ∑ i log 2 i 5.1 N i =1 N în care,

ni =Pi – proporţia de indivizi prin care specia i este reprezentată în biocenoză N S – număr specii N – numărul total de indivizi ni – numărul de indivizi aparţinând speciei i

Acest indice variază direct proporţional cu numărul de specii, cele rare atârnând în balanţă mult mai puţin decât cele frecvente. Utilizarea acestui indice permite realizarea de studii comparative, indiferent de mărimea eşantionului. Pornind de la această formulă, se poate calcula echitabilitatea maximă şi apoi echitabilitatea, astfel: H '= log 2 S 5.2

e= în care, H ' e

3

H H = H ' log 2 S

5.3

– echitabilitatea maximă – echitabilitatea

Magurran, A.E., 1988,. Ecological Diversity and its Measurement. Princeton University Press, Princeton, NJ. 78

Echitabilitatea variază între 0 şi 1. Ea tinde spre 0 atunci când majoritatea indivizilor aparţin unei singure specii şi spre 1, în cazul în care fiecare specie este reprezentată prin acelaşi număr de indivizi. În funcţie de scara spaţială la care se realizează evaluarea, se disting trei tipuri de diversitate specifică, denumite α, β şi γ. Diversitatea α – diversitatea intrabiotop – se calculează aplicând indicele Shanon-Wiener (Hα) populaţiilor corespondente (asemănătoare, aparţinând unor taxoni superiori speciei – clase, ordine, familii etc.). Diversitatea β (Hβ) constituie un indice de similitudine interbiotop şi permite stabilirea diferenţelor dintre două biotopuri vecine, respectiv două ecosisteme. Diversitatea γ – diversitatea sectorială – se calculează pentru un ansamblu de populaţii amestecate care aparţin biotopurilor într-un singur sector geografic. O condiţie a aplicării indicelui Shannon-Wiener este ca evenimentele să fie independente între ele (ceea ce nu este respectat dată fiind reţeaua de relaţii interspecifice)4. Indicele Gleason (I) ia în calcul creşterea logaritmică a numărului de specii (n) în funcţie de logaritmul zecimal al numărului de indivizi (N). Diversitatea este caracterizată de panta dreptei obţinute în reprezentarea grafică, iar indicele de diversitate este calculat cu relaţia: I = (n − 1) log N 5.4 sau mai exact: (n − a) I= 5.5 (log N − log a ) în care, a – valoarea de pe ordonată în care dreapta obţinută întretaie prin extrapolare ordonata (a > 1).

Indicele Simpson se calculează plecând de la teoria probabilităţilor: D – N(N-1)/ ∑n (n-1), în care, N n

5.6

– numărul indivizilor tuturor speciilor din probă; – numărul indivizilor unei singure specii din probă.

Indicele lui Fischer, Cobert şi Williams care se bazează pe distribuţia statistică a abundenţelor relative a speciilor în biocenoză. Poate fi aplicat atunci când se cunoaşte faptul că abundenţa relativă sau numărul de indivizi prin care sunt reprezentate speciile într-o biocenoză aproximează o distribuţie logaritmică de tipul: ax, ax2/2, ax3/3… 5.7 în care: ax – numărul de specii reprezentate în probă printr-un singur individ; ax2/2 – numărul de specii prezente în probă prin 2 indivizi etc.

4

Arsene, G.-G. (2002), Elemente de Ecologie generală, Timişoara, Editura Orizonturi Universitare, p.101; C. F. Dormann, Jana M. McPherson, M. B. Arau´, Roger Bivand, Janine Bolliger, G. Carl, R. G. Davies, A. Hirzel, W. Jetz, W. D. Kissling, I. Ku¨hn, R. Ohlemu¨ ller, P. R. Peres-Neto, B. Reineking, B. Schro¨der, F.M. S. R. Wilson, Methods to account for spatial autocorrelation in the analysis of species distributional data: a review, Ecography 30: 609-628, 2007. 79

Relaţia dintre numărul de specii şi numărul de indivizi din probă se află prin aplicarea relaţiei: S - α ln (1+ N/α), 5.7 în care S N

– numărul de specii din probă; – numărul de indivizi din probă; α - indicele de diversitate.

Indicele de diversitate ne permite să comparăm două biocenoze diferite chiar dacă numărul indivizilor recoltaţi din fiecare dintre ele este foarte diferit. Indicele de diversitate Brillouin (H), este o măsură adecvată dacă toţi indivizii populaţiilor componente ale unei biocenoze sau ale unei probe alcătuite dintr-un număr mare de unităţi de probă ar fi identificaţi şi număraţi. H=1/N log10 (N!/ N1!N2!….Nn!), 5.8 în care N – numărul total de indivizi; N1, N2…- numărul de indivizi ai fiecărei specii; H – informaţia medie per individ.

Conţinutul informaţional al întregului ecosistem este dat de produsul dintre informaţia medie pe individ şi numărul total de indivizi (B=H x N). Pentru a aprecia gradul în care diferenţa dintre valorile calculate ale indicatorilor de diversitate este sau nu semnificativă, în cazul a două biocenoze, se utilizează testul Student5. Diversitatea la nivelul unei biocenoze este particularizată de: factorii istorici, climatici, eterogenitatea spaţială, competiţia-prădarea şi productivitate. Factorul istoric; biocenozele se diversifică de-a lungul timpului. Cele vechi sunt mai bogate în specii decât cele noi. Diversitatea este redusă în ecosisteme puţin stabile (tundra, agrobiocenoze) şi, foarte importantă în ecosistemele evoluate, stabile (în regiunile tropicale). Factorii climatici; regiunile cu climat stabil (fără geruri sau amplitudini mari ale regimului termic, ploi regulate) favorizează apariţia specializărilor şi adaptărilor mai pregnant decât zonele cu climat variabil, datorită constanţei resurselor alimentare. Animalele din aceste regiuni se caracterizează prin comportamente alimentare stereotipice, necesităţile lor fiind uşor de satisfăcut. Eterogenitatea spaţială; cu cât mediul este mai complex, cu atât biocenozele sunt mai diversificate. Mayr, (1963) apreciază că topografia unei zone joacă un rol important în diversificarea mediului şi formarea speciilor. Acest lucru nu este valabil însă în toate cazurile. În regiunile tropicale, de exemplu, nu putem vorbi de o variabilitate a topografiei şi, totuşi, diversitatea este foarte ridicată. Ea este datorată numărului mare de specii vegetale (permise de către climat) care determină o eterogenitate spaţială (este vorba despre eterogenitatea realizată de diferitele straturi vegetale). Mac Arthur (1964) a arătat că numărul speciilor de păsări dintr-o pădure este o funcţie liniară a cantităţii de vegetaţie (suprafaţă foliară).

5

N. Botnariuc, A. Vădineanu – 1982, op. cit. Aceiaşi autori apreciază utilitatea acestor indicatori în estimarea diversităţii însă, enumără şi o serie de neajunsuri: nu se ia în calcul decât abundenţa speciei, nu şi importanţa ei; speciile sunt tratate separat şi nu în conexiune cu celelalte specii; nu se are în vedere diversitatea funcţională, numărul nişelor etc. 80

Competiţia – prădarea; competiţia se exercită, de regulă, între specii care ocupă nişe identice sau vecine. Ea se poate diminua, de exemplu, prin decalarea perioadei de reproducere. Acest lucru este posibil însă numai în regiunile cu un climat care permite reproducerea de-a lungul întregului an. O intensitate slabă a competiţiei permite apariţia şi coexistenţa unor noi tipuri de pradă, care poate suporta noi tipuri de prădători. Productivitatea; când productivitatea este ridicată, diversitatea este, de asemenea, mare (Connel, Aurias, 1964). Într-un mediu stabil, pierderile de energie sunt reduse, o mare parte din energie regăsindu-se la nivelul producătorilor. Aceasta permite speciilor să formeze populaţii mai mari, cu un grad ridicat de variabilitate. Altfel spus, abundenţa hranei permite speciilor să se fragmenteze în populaţii mai mici, mai mult sau mai puţin izolate, care pot pătrunde la niveluri trofice diferite. 5.2. Componentele trofice ale biocenozei În cazul biocenozei, între specii se stabilesc multiple legături de natură diferită: reproducere, răspândire, apărare, hrană. Dintre acestea, cele mai importante considerăm că sunt legăturile trofice, întrucât stau la baza circuitului materiei în ecosisteme şi sunt un important factor de reglare a densităţii organismelor6. Ansamblul de relaţii trofice stabilite între speciile biocenozei constituie structura trofică a acesteia, iar partea ecologiei care se ocupă cu studiul structurii trofice, compoziţia şi volumul de hrană al diferitelor specii constituie trofoecologia.

Fig. 5.1. Structura trofică a unui ecosistem (E. Ross, op. cit., p. 240) În structura unei biocenoze, speciile sunt grupate pe trei mari grupe funcţionale: producători, consumatori (de diferite ordine) şi reducători (descompunători) (fig. 5.1). 6

Gh.Mohan, A. Ardelean, 1993, op. cit., p. 62. 81

Producătorii sunt reprezentaţi de două categorii majore de organisme: 1. fotosintetizante - reprezentată de plantele verzi terestre, macrofitele acvatice şi de microorganismele fotosintetizante, 2. chemosintetizante - reprezentată de procariotele chemoautolitrofe. Organismele fotosintetizante captează energia solară şi folosind diferiţi compuşi anorganici fac sinteză de constituienţi celulari, stocând energia sub formă de legături chimice în molecule organice. Microorganismele fotosintetizante sunt reprezentate de algele microscopice şi de bacteriile fotosintetizante. Microalgele au un rol deosebit în ecosistemele acvatice7. Bacteriile fotosintetizante fac parte din 2 grupuri şi anume: - Oxyphotobacteria - include procariotele capabile de fotosinteză de tipul celei efectuate de plantele verzi: Cyanobacteriales, Prochlorophyta şi Halobacterium şi, - Anoxyphotobacteria – include procariotele care fac fotosinteză anoxigenică: bacterii nesulfuroase, purpurii (Athiorhodaceae), bacterii sulfuroase, purpurii (Thiorhodaceae), bacterii fototrofe obligate (fam. Chlorobiaceae) şi bacterii flexibile, filamentoase (Chloroflexaceae). Organismele chemosintetizante sunt capabile să utilizeze energia chimică pentru a produce substanţe organice complexe din substanţele anorganice, însă rolul lor de producători se limitează la anumite condiţii de mediu8. Dintre cele mai cunoscute amintim: a. bacteriile nitritificatoare –prezente în soluri, ape dulci şi sărate, în sistemele de epurare a apelor uzate care cuprind: nitritbacteriile: Nitrosomonas, Nitrosolobus etc.-ce oxidează NH3 până la nitriţi; nitratbacteriile: Nitrobacter, Nitrospira - care oxidează nitriţii până la nitraţi. În ambele procese se eliberează energie. În natură, aceste bacterii intervin în circuitul azotului, transformând NH3 în HNO3 şi azotaţi netoxici. b. bacterii sulfuroase, din genul Thiobacillus – oxidează compuşii minerali ai sulfului. Ele se găsesc pe fundul apelor stătătoare. Sursa lor de energie o constituie hidrogenul sulfurat (H2S) pe care îl transformă în sulf (S), acid sulfuros (H2SO3) şi acid sulfuric (H2SO4). Ele elimină toxicitatea hidrogenului sulfurat (H2S) şi redau în circuitul biologic oxidul de sulf (SO2-), care nu este toxic şi care este asimilat de plante9. c. bacteriile feruginoase –populează mediile acide şi au rolul de a oxida sărurile feroase în compuşi ferici. d. hidrogenbacteriile – răspândite în medii puţin aerisite. Acestea oxidează hidrogenul (H2). Alte bacterii, cu un rol deosebit:

Au fost grupate de Stewart (1984) în şase grupuri majore: Chlorophycophyta (alge verzi), Euglenophycophyta (alge euglenoide), Chrysophycophyta, Pyrrhophycophyta, Cryptophycophyta (alge criptomonade), Rhodophycophyta (alge roşii) - G. Zarnea, op. cit., p. 123. 8 Ele pot fi: aerobe – reacţie generală de tip: CO2+H2S+O2+H2OÖ[CH2O]+H2SO4 sau anaerobe: 2CO2+6H2Ö[CH2O] + CH4 + 3H2O. 9 Culoarea verde a unor lacuri de munte se datorează bacteriei sulfuroase verzi Chlorobium. 82 7

Thiomicrospira pelophila ş.a. dezvoltate în mediile submarine, la adâncimea de peste 2500 m, o temperatură de până 350C şi presiuni corespunzătoare ridicate. Aflate în stare liberă sau în endosimbioză cu nevertebratele marine, ele realizează sinteze organice, folosind energia rezultată din oxidarea H2S şi a altor sulfuri, fiind singura bază trofică a faunei abisale10. ™ Bacteriile chimiosintetizante dezvoltate în peşteri, care oxidează după caz S, H2S, sulfuri metalice, H2, Fe2- etc. şi care utilizează o parte din energia potenţială pentru asimilarea CO2. Consumatorii, organisme heterotrofe, pot fi: 1. primari sau fitofagele - organisme care consumă hrană vegetală. Ei sunt reprezentaţi de: virusurile plantelor (virusul mozaicului tutunului); bacteriile care infectează plantele spontane şi de cultură; ciupercile parazite pe plante (tăciunele porumbului - Ustilago maydis; mălura grâului – Puccinia graminis); plantele superioare parazite pe plante (Orobanche, Cuscuta) şi semiparazite (vâscul); animale fitofage (în ape: peşti ca roşioara, scoici, melci etc.; pe uscat – melci, insecte, păsări care se hrănesc cu fructe şi seminţe, ierburi: forfecuţa, botgrosul, piţigoii etc., mamifere rozătoare şi erbivore. Toate aceste organisme îndeplinesc funcţia de punere în circulaţie a hranei produse de plante şi transformarea acesteia în hrană animală, respectiv bacteriană. 2. consumatori secundari - sunt reprezentaţi de bacteriofagi, virusurile animalelor, ciupercile parazite pe animale, animalele zoofage (în ocean-rechinii, în apele continentale peştii răpitori - şalăul, ştiuca, păsări ichtiofage - cormoranii, stârcii, pe uscat – păianjeni, insecte răpitoare, viermi paraziţi, reptile, păsări insectivorerândunica şi răpitoare - bufniţa, mamifere carnivore – vulpea. Aceştia împiedică pierderea energiei, distrugerea substanţei organice şi deci contribuie la creşterea productivităţii biosferei. 3. consumatori terţiari – carnivorele de vârf, nu sunt consumate de nici un fel de animale (Ex. vulturul, râsul, leul, nisetrul, ştiuca). Ei utilizează ultimele resurse energetice ale substanţei vii după transformările suferite în biosferă. 4. Saprofagele – specii care se hrănesc cu substanţă organică moartă, animală sau vegetală pe care nu o transformă în materie anorganică. Ele repun în circulaţie substanţa şi energia care altfel ar fi fost degradată imediat de descompunători (râmele, groparii, bacteria Pseudomonas fluorescens, ciuperca Mucor mucedo - mucegaiul alb etc.). ™

10

Pentru amănunte: J. G. Kuenen, R. F. Beudeker, J. M. Shively and G. A. Codd, Microbiology of Thiobacilli and Other Sulphur Oxidizing Autotrophs, Mixotrophs and Heterotrophs, Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences, Vol. 298, No. 1093, Sulphur Bacteria (Sep. 13, 1982), pp. 473-497; T. Brinkhoff, G. Muyzer, C. O. Wirsen , J. Kuever, Thiomicrospira chilensis sp. nov., a mesophilic obligately chemolithoautotrophic sulfuroxidizing bacterium isolated from a Thioploca mat, International Journal of Systematic Bacteriology (1999), 49, 875–879. 83

Descompunătorii – organismele care prin procese de oxidare şi/sau reducere, transformă substanţa organică moartă, reducând-o la starea de substanţă anorganică (bacteriile şi ciupercile microscopice). 5.3. Lanţul trofic. Studiul lanţurilor trofice şi a reţelelor trofice au fost în atenţia multor ecologi (Elton 1927; Lawton,199511;Wilbur, 199712; Havens K., 199213, Post 200214). Lanţul trofic reprezintă un şir de câteva organisme diferite funcţional, prin care energia şi materia circulă de la un nivel trofic inferior spre un nivel trofic superior. Structura unei reţele trofice este dictată, în mare parte, de constrângerile impuse de termodinamică. Disiparea energiei la nivelul fiecărei verigi a lanţului trofic este unul din factorii limitanţi ai lungimii celor mai multor lanţuri trofice la maximum 4-5 verigi. Lanţurile trofice cu cât sunt mai scurte cu atât sunt mai productive 15. Lanţurile trofice pot fi: 1. Lanţul trofic de tip prădător cuprinde verigile: plantă autotrofă – animal erbivor – carnivor de ordinul I – carnivor II.

Fig. 5.2. Lanţ trofic de tip prădător (www.cals.ncsu.edu)

Webbing and WIWACS. Oikos 72:305–306. Wilber, H. M., 1997, Experimental ecology of food webs: complex systems in temporary ponds. Ecology 78:2279– 2302. 13 Scale and structure in natural food webs. Science 257:1107–1109. 14 The long and short of food-chain length, Trends in Ecology & Evolution 17:269–277. 15 N. Botnariuc, 1999, op. cit. p. 51. 84 11 12

De-a lungul lanţului are loc o descreştere treptată a numărului de indivizi pentru fiecare verigă, concomitent cu creşterea taliei consumatorilor. Aceştia nu pun în circulaţie toată biomasa speciilor de pe urma cărora se hrănesc, o parte apreciabilă devenind masa organică moartă (necromasa) care este angrenată în lanţuri trofice saprofage sau detritice. (fig. 5.2). 2. Lanţul trofic de tip parazit presupune parazitarea succesivă a unor specii de către altele. Dintre caracteristici putem aminti că specia gazdă poate supravieţui un timp îndelungat prin stabilirea unei stări de echilibru cu specia parazită şi că acest tip de lanţ trofic poate fi grefat ca ramificaţii la niveluri diferite ale lanţului trofic de tip pradă-prădător. Lanţul poate fi endoparazit, ectoparazit sau combinaţii ale acestora. De asemenea, lanţurile pot fi scurte (de tip gazdă – parazit). De exemplu: lucernă cuscuta (Cuscuta campestris); rădăcina florii soarelui – lupoaie (Orobanche ramosa); tutun - virusul mozaicului tutunului. Există şi situaţii în care lanţul parazit este mai lung: plantă-insectă fitofagăvirus. De asemenea, putem avea verigile: gazdă – parazit – hiperparazit (Ex.: om – vierme parazit – bacterii – virusuri; plantă –oaie-muscă-flagelat-bacterie-bacteriofag). 3. Lanţ trofic de tip detritic sau saprofag cu verigile: materie organică moartă → organisme detritivore – consumatori secundari → consumatori terţiari. Acest tip de lanţ trofic îl întâlnim în orizontul organic al pajiştilor, litiera pădurilor, pe fundul apelor cu depozite organice (fig.5.3).

Fig. 5.3 Lanţ trofic de tip detritic Ex. materie organică moartă → râmă – şoarece comun; În lacuri: nămol cu detritus organic - larve de chironomide – plătica - peşti răpitori – om. În literatură regăsim descrise şi alte tipuri de lanţuri trofice. De exemplu, C. Pârvu, (2001) introduce şi argumentează denumirea de lanţ trofic zoofag. Acesta 85

este caracteristic plantelor carnivore şi ciupercilor carnivore (în care animalul constituie veriga iniţială şi planta, secundară) (fig. 5.4). Plantele carnivore prezintă anumite adaptări la nivelul frunzelor, care le permit reţinerea sau prinderea de animale foarte mici în vederea suplimentării necesarului de substanţe minerale (în special azotoase), în vederea creşterii16. De exemplu: microcrustacei (Cladocere) – otrăţelul de baltă (Aldrovanda vesticulosa); insecte –rouacerului (Drosera rotundifolia).

Fig. 5.4. Lanţ trofic de tip zoofag Alţi autori descriu numai 2 tipuri de lanţuri trofice. De exemplu, Ehrlich, (1985) descrie un lanţ trofic asimilator, care reuneşte organismele ale căror creştere şi reproducere la fiecare nivel trofic sunt în dependenţă directă de cele aflate la nivelul trofic precedent şi un lanţ trofic dezasimilator, caracterizat prin descompunerea treptată a moleculelor organice complexe, al cărui rezultat final poate fi mineralizarea (alcătuit din depolimerizatori, descompunători primari, secundari etc.). În raport cu modul de utilizare a substanţelor organice derivate din producţia primară a ecosistemelor, Campbell, (1977) descrie, de asemenea, 2 tipuri de lanţuri trofice: de tip fitotrof (similar celui denumit anterior prădător) şi lanţ trofic detritic. 5.4. Reţeaua trofică În natură nu se regăsesc comunităţi de organisme cu structuri şi conexiuni simple ca cele prezentate anterior decât foarte rar. De regulă, energia este transferată 16

Plantele carnivore fac parte din familiile: Droseraceae, Lentibulariaceae, Sarraceniaceae, Nepenthaceae şi Cephalotaceae. 86

într-o reţea complexă, cu participarea mai multor organisme diferite. Pentru a arăta interdependenţele nutriţionale complexe dintre diferite populaţii, Elton (1927) a introdus termenul de ciclu trofic. Acesta este similar cu conceptul de reţea trofică care se prezintă ca o descriere grafică a legăturilor de nutriţie dintre specii într-o comunitate (arată ,,cine mănâncă pe cine,,). De regulă, în diagramă, legăturile dintre specii sunt prezentate prin linii sau săgeţi, iar speciile reprezintă ,,nodurile,, lanţurilor alimentare17 (fig. 5.5).

Fig. 5.5. Reţeau trofică pe coasta oceanică (Alasca) pornind de la producţia primară de fitoplancton. Sursa (http://www.eoearth.org) Reţeaua trofică este definită de mulţi autori, însă noi ne-am oprit asupra definiţiei date de Stugren (1982) şi anume ,,un complex de conexiuni trofice şi lanţuri trofice care acceptă şi cedează energie şi substanţă, având entropie relativ constantă şi o cantitate determinată de energie liberă”. Între lanţurile trofice dintr-un ecosistem există numeroase puncte de contact18 (care asigură stabilitatea acestuia) şi care corespund abundenţei speciilor polifage din biocenoză19.

http://www.eoearth.org. Aceasta deoarece, în general, speciile nu consumă numai un singur fel de hrană (de la un singur nivel trofic), iar diferitele lor stadii pot constitui baza alimentară a multor altor consumatori. 19 de exemplu: păsările răpitoare de noapte (bufniţa, ciuful de pădure) activează în multe lanţuri trofice; huhurezul este prezent în peste 30 lanţuri trofice din ecosistemele forestiere etc. 87 17 18

Cohen şi colab. (2003)20 au afirmat că legăturile dintre mărimea corpului, abundenţa şi nivelul trofic determină o structură tridimensională a reţelei trofice (fig. 5.6). Reţelele trofice nu se limitează numai la nivelul unui ecosistem ci ele au puncte de contact şi cu reţelele altor ecosisteme. De exemplu, stârcii îşi procură hrana din ecosistemul acvatic, dar cuibăresc pe sol (ecosistem terestru). Lanţurile trofice detritice fac legătura dintre lac şi uscat etc. Complexitatea trofică creşte cu numărul de niveluri trofice şi conexiunile verticale din reţeaua de hrană.

Fig. 5.6. Relaţiile dintre mărimea corpului, biomasă şi nivelul trofic. În figură este prezentată reţeaua trofică a lacului Tuesday, USA. Notările de pe ambele axe folosesc scara logaritmică. Cercurile reprezintă fitoplanctonul, triunghiurile reprezintă zooplanctonul şi diametrul reprezintă peştii. Numerele mari corespund speciilor din vârful lanţurilor trofice. Studiul calitativ şi cantitativ al lanţurilor şi reţelelor trofice este important, dar şi foarte dificil de realizat. Este important, întrucât putem evalua corect rolul fiecărei specii în transferul de materie şi energie, ne permite cunoaşterea circuitelor biogeochimice din ecosistemul dat şi rolul fiecărei specii în migraţia şi acumularea diferitelor substanţe sau elemente chimice.

20

Cohen, J., T. Jonsson, and S.R. Carpenter. 2003. Ecological community description using the food web, species abundance, and body size. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 100: 1781– 1786. 88

5.5. Relaţiile dintre nivelurile trofice Populaţiile ce alcătuiesc o biocenoză aparţin unor specii diferite. Interdependenţa populaţiilor se materializează prin dezvoltarea unor relaţii interspecifice, de naturi diferite care, în ansamblu, duc la dezvoltarea unei organizări a biocenozei. Elton (1927) a propus o reprezentare sub formă de diagrame a relaţiilor trofice dintr-o comunitate pornind de la un fapt concret. El a constatat că, în general, descreşterea numărului de indivizi are loc pe măsură ce se trece de la producători spre consumatorii de ordin superior. Reprezentând grafic pe axe (x = numărul de indivizi; y = nivel trofic) a rezultat o piramidă, numită piramidă numerică sau piramida efectivelor. Explicaţia acestei reprezentări a fost simplă: plantele şi apoi animalele mici posedă un potenţial de înmulţire mai ridicat comparativ cu cele mari, ca adaptare la faptul că animalele mici sunt consumate de cele mari fig. 5.7 a). Este evident că nu este cea mai bună explicaţie, deoarece există situaţii în care mărimea indivizilor din diferitele niveluri trofice variază foarte mult. De exemplu, dacă numărăm toate insectele mici care se hrănesc cu frunzele unui pom obţinem o piramidă inversată. (fig. 5.7 b).

Fig. 5.7. Piramida numerică (E. Ross, 2002) Din cauza diferenţelor de mărime dintre indivizi, mulţi cercetători folosesc biomasa ca metodă de măsurare a ecosistemelor. Dacă se înregistrează biomasa nivelurilor trofice succesive rezultă piramida biomaselor (fig. 5.8). În zonele ierboase, în păduri, se observă că producătorii înregistrează o cantitate ridicată de biomasă (exprimată în g substanţă uscată/m2 sau ha), apoi aceasta scade treptat de la erbivore la carnivorele de ordinul III. Este logică această micşorare a biomasei, deoarece: nivelurile inferioare servesc drept hrană nivelurilor superioare; nu toată substanţa nivelului inferior este consumată (erbivorele nu 89

consumă şi rădăcinile plantelor); din ce s-a ingerat nu totul se digeră; din ceea ce s-a digerat, nu toată substanţa este asimilată şi convertită în biomasă proprie, ci o parte este transformată în cataboliţi. Deşi această piramidă elimină unele neajunsuri (în ceea ce priveşte explicaţia) ale piramidei numerice are şi ea câteva dezavantaje. De exemplu, în multe ecosistemele acvatice principalii fotosintetizatori sunt bacteriile şi protistele. Aceste organisme unicelulare au un ritm de diviziune celulară atât de ridicat încât o mică cantitate de biomasă de fotosintetizatori poate hrăni o biomasă mai mare de erbivore care cresc şi se reproduc mult mai încet. Acest model poate determina o piramidă răsturnată a biomasei, deşi piramida energetică pentru acelaşi ecosistem are o formă tipică.

Fig. 5.8. Piramida energetică şi piramida biomaselor (E. Ross, 2002) Dacă se ia în considerare energia potenţială existentă, rezultă piramida energetică (fig. 5.8). Se observă că datorită pierderilor de biomasă în care este stocată energia şi pierderilor energetice necesare pentru procurarea şi consumarea hranei şi desfăşurarea proceselor fiziologice (din care rezultă căldură cedată mediului) rezultă pierderi entropice la fiecare nivel. 5.6. Nişa ecologică Problema exploatării unor resurse comune de către o comunitate de organisme este interdependentă cu teoria nişei. Nişa unui organism se defineşte prin locul unde trăieşte (descris progresiv în termeni de distribuţie regională - habitat şi microhabitat) şi de asemenea, prin resursele de care are nevoie (de ce, unde şi cum îşi procură acele resurse). Termenul de nişă a fost menţionat întâia oară de Grinnell, în anul 1917. A avut iniţial sensul de habitat fizic şi biotic. Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice, conceptul de nişă ecologică a revenit în 90

actualitate şi a căpătat noi valenţe. Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei în biocenoza în care aceasta este încadrată21. Odum, 1953, defineşte nişa ecologică ,,drept poziţia sau statutul unui organism în interiorul ecosistemului”. Poziţia este rezultatul conlucrării mai multor factori: adaptările structurale ale organismelor, răspunsurile fiziologice, comportamentele specifice sau învăţate (aceeaşi specie, care face parte din ecosisteme diferite, ocupă aceeaşi nişă ecologică). Un organism este adaptat să exploateze doar o parte din mediu şi nişa sa este formată din mai multe dimensiuni, ce mănâncă, unde îşi face cuib sau îşi depune ouăle, condiţiile de mediu pe care le tolerează ş.a.m.d. Aeastă exploatare poate fi schiţată ca o curbă a exploatării (Fig.5.9), care reflectă variaţia în utilizarea resursei de către populaţie. Competiţia intraspecie determină lărgirea nişei unei populaţii pe măsură ce densitatea populaţiei creşte, dar aceastei tendinţe i se opune în general competiţia interspecii, care tinde să promoveze specializarea.

Fig. 5.9. Curbă teoretică de exploatare a unei nişe (o nişă poate fi de exemplu o resursă); forma curbei este determinată de intensitatea forţelor de selecţie ce pot promova fie generalizarea, fie specializarea (Root 1967) Să considerăm ce s-ar putea întâmpla atunci când două specii similare sunt în competiţie pentru un set comun de resurse în aceeaşi zonă sau habitat. Să ne imaginăm că cele două specii sunt păsări insectivore care se suprapun considerabil în cazul mărimilor insectelor pe care sunt adaptate să le prindă şi să le mănânce. Dacă efectele competiţiei interspecii sunt mai puternice decât acelea ale competiţiei 21

O recapitulare interesantă a evoluţiei conceptului este realizată de Schoener, T. W., 1982, The controversy over interspecific competition, Amer. Sci. 701, 586-95. De asemenea, cei care vor să aprofundeze subiectul nişei pot lectura: Pianka, 1988, Evolutionary Ecology, Fourth Edition. Harper and Row, New York., Whittaker şi Levin 1975, Theory and Application, Benchmark Papers in Ecology; M P Austin, 1985, Continuum, Concept, Ordination Methods, and Niche Theory, Annual Review of Ecology and Systematics, Vol. 16: 39-61; G. M. Mikkelson, 2005, Niche-Based vs. Neutral Models of Ecological Communities, Biology and Philosophy, Volume 20, Numbers 2. 91

intraspecie, teoria Lotka-Volterra prevede că una dintre specii o va elimina pe cealaltă. Cu toate acestea, un rezultat diferit al interacţiunii competiţionale este de asemenea posibil pe perioada mai multor generaţii de interacţiune. Dimensiunea resursei sau nişei din Fig. 5.10a va reprezenta gama de mărimi a insectelor disponibile. Ambele specii mănâncă o gamă de insecte de diferite mărimi, specia A mâncând în medie insecte de mărime mai mică decât specia B. Dacă variaţia în dietă dintre indivizi are o bază genetică, poate apărea selecţia naturală. Indivizilor din specia A care mănâncă insecte mai mici decât este media li se va opune o competiţie mai mică şi astfel va tinde să li se mărească frecvenţa în populaţie, iar în mod similar indivizii din specia B care mănâncă insecte mai mari decât media vor creşte în frecvenţă. Astfel, cele două specii vor tinde să se separe în caracteristici astfel încât necesităţile lor în cazul resurselor se vor suprapune mai puţin. Dacă competia inter specie este mai slabă decât competiţia intraspecie cele două specii pot coexista (Fig. 5.10b). Modul în care apare această separare depinde de disponibilitatea diferitelor mărimi de insecte.

Fig. 5.10 Speciile A şi B manifestă o competiţie interspecifică puternică deoarece necesităţile lor nutriţionale (şi curbele corespunzătoare) se suprapun în mare parte a); selecţia naturală poate determina specializarea celor două specii şi reducerea competiţiei interspecifice prin utilizarea unor resurse diferite permiţând astfel coexistenţa cele două specii b) 92

Dacă ar fi disponibile mai puţine insecte de mărime mai mare, specia B nu s-ar orienta în această direcţie şi astfel cea mai mare orientare către un anumit segment al resursei ar avea loc în cazul speciei A. Presiunea selecţiei depinde de asemenea de abundenţa relativă a celor două specii. Spre exemplu, dacă specia B ar încerca să invadeze o zonă ocupată de specia A, abundenţa sa ar fi probabil mai mică şi astfel selecţia asupra speciei B ar fi mai puternică decât selectia speciei B asupra speciei A. În acest caz specia B ar fi aceea care şi-ar schimba orientarea asupra utilizării resursei. Gradul de specializare posibil va depinde de disponibilitatea resurselor. Dacă insectele sunt foarte abundente, specializarea pe o clasă de mărime restânsă ar fi posibliă, dar dacă insectele sunt puţine, nişa va trebui să fie mai largă pentru a obţine resurse suficiente care să susţină populaţia. Trebuie subliniat că nişele se pot mări (diversifica) şi prin modificarea altor coordonate. De exemplu, alături de tipul hranei, diversificarea poate proveni în locaţia de unde sunt asigurate resursele pentru supravieţuire. Spre exemplu, putem avea păsări care se hrănesc cu insecte de mărimi comparabile, dar o specie poate căuta în covorul de frunze uscate pentru a găsi insectele care se ascund acolo, alta poate lua insectele din zbor, în timp ce alta pot curăţa insectele din scoarţa copacilor. Altfel spus, nişele se pot suprapune în mare măsură pe o anumită dimensiune, cum ar fi mărimea insectelor, dar se pot separa în alta, cum ar fi locaţia hranei (Fig. 5.11).

Fig 5.11. Nişe pentru 6 specii (A-F) reprezentate în două dimensiuni; deşi nişele se pot suprapune în mare măsură atunci când luam în considerare o singură dimensiune, suprapunerea totală poate fi redusă, astfel încât speciile pot coexista. În general, se apreciază că într-o biocenoză, o nişă ecologică aparţine unei singure specii şi că două specii diferite nu pot "ocupa", în principiu, nişe identice sub 93

toate aspectele. Pot coexista 2 specii numai în măsura în care sunt segregate ecologic (aceeaşi bază trofică poate fi utilizată de mai multe specii cu condiţia ca unele să activeze ziua, iar altele noaptea). Când mai multe specii apropiate, la care diferă anumite particularităţi, găsesc condiţii ecologice ce oferă posibilităţi optime de viaţă pentru mai multe dintre ele, acestea vor convieţui fără a se elimina una pe alta atâta timp cât se vor menţine condiţiile ecologice. Când aceste condiţii devin limitate ca posibilităţi de satisfacere în egală măsură a celor 2 sau mai multe specii, speciile mai bine adaptate vor tinde să înlocuiască pe cele mai slab adaptate. Această înlocuire nu depinde de forţa fizică a speciilor, ci de gradul de adaptare la mediu. 5.7. Autocontrolul şi stabilitatea ecosistemelor Rolul autocontrolului este acela de a păstra în anumite limite o stare de echilibru între populaţiile componente, de a nu permite oscilaţii numerice prea mari a populaţiilor, determinând astfel o anumită stabilitate în structura şi funcţionarea întregului ecosistem. Necesitatea autocontrolului apare deoarece atât cantitatea de energie cât şi de substanţe nutritive disponibile sunt finite, limitate. Organizarea reţelei trofice reprezintă mecanismul principal al stabilităţii ecosistemului. Elton (1958) a arătat că stabilitatea unei biocenoze este dată de complexitatea reţelei trofice şi anume, creşte odată cu creşterea acestei complexităţi. Stabilitatea, drept consecinţă a diversităţii apare ca un rezultat al intensificării fluxului de energie în ecosistem. Pentru a vedea diferenţa dintre termeni vom prezenta definiţiile acestora: Diversitate – numărul de elemente componente (sub raport structural), în special elemente vii (specii) şi de procese diferite calitativ care caracterizează un ecosistem în unitatea de timp şi spaţiu. Stabilitatea (Oriens,1975) este considerată drept o tendinţă a ecosistemului de a rămâne în apropierea unui punct de echilibru sau de a se întoarce la acest punct de echilibru, după ce a suferit o perturbare oarecare. Implică 2 componente: a. - elasticitatea (abilitatea comunităţii de a reveni la forma iniţială după o perturbare); b. - rezistenţa (abilitatea comunităţiide a evita deplasarea). Complexitate (Prigogine, 1975) – numărul de legături care se pot stabili între diferite elemente ale unui sistem. Complexitatea creşte pe măsură ce numărul speciilor care interacţionează în comunitate este mai mare. Interacţiunile pot avea loc în cadrul fiecărui nivel trofic (interacţiune orizontală) sau la nivele trofice diferite (interacţiune verticală). O întrebare frecventă este dacă termenul de complexitate îl include pe cel de stabilitate. Se spune că, o complexitate ridicată a comunităţilor determină o stabilitate a acestora, deoarece impactul unei modificări bruşte asupra populaţiei unei specii va fi atenuat de marele număr care interacţionează şi, nu se vor produce efecte dramatice în comunitatea luată ca întreg. Ca exemplu, s-a sugerat că mecanismul 94

tampon operează în pădurile tropicale unde există invazii de insecte necunoscute încă. Analiza complexităţii scoate de regulă în evidenţă structura trofică a comunităţii, cu toate că, în unele cercetări, au fost luate în studiu şi interacţiunile competitive. Concluzia la care s-a ajuns este că o creştere a complexităţii conduce la instabilitate. Chiar dacă aceste modele au fost criticate ca fiind nerealiste, opinia comună este că nu întotdeauna comunităţile complexe sunt în mod necesar şi stabile. Există un număr imens de cercetări efectuate în acest scop, dar nu s-a putut da un răspuns clar la întrebarea pusă anterior. Cert este faptul că, în termeni energetici, comunităţile complexe pot fi mai stabile. Stabilitatea biomasei însă, sugerează existenţa mai multor feluri de stabilitate pentru diverse proprietăţi ale comunităţii. Fluxul energetic dintr-o comunitate are un rol important asupra elasticităţii. Modele ale unor comunităţi contrastante arată că, cu cât este mai mare aportul de energie în ecosistem, cu atât îi ia comunităţii mai puţin timp să revină la poziţia de echilibru după perturbare. De exemplu, comunităţile din tundră, unde aportul energetic este redus sunt cel mai puţin elastice. Dacă se are în vedere că o concurenţă ridicată determină o micşorare a diversităţii, se poate concluziona că o concurenţă slabă reduce instabilitatea în comunităţile teoretice. Lungimea unui lanţ trofic poate influenţa elasticitatea unei comunităţi.Modele de comunităţi cu diferite niveluri de conexiuni trofice arată cum complexitatea reduce elasticitatea şi stabilitatea. Dar, se impune o interpretare foarte atentă a acestora, întrucât comunităţile reale pot avea funcţii pe care modelele respective nu le cuprind. Stabilitatea depinde şi de condiţiile de mediu: o comunitate fragilă poate persista într-un mediu stabil şi previzibil, în timp ce una robustă, simplă poate supravieţui şi în condiţii variabile. O altă întrebare este, dacă între stabilitate şi echilibrul ecologic este vreo distincţie. Trojan (1978) analizează aceşti termeni, definiţiile lor şi afirmă că între stabilitate şi echilibru ecologic există o distincţie. În timp ce stabilitatea poate fi determinată de un singur component (ex: - abundenţa numerică a unei specii), echilibrul ecologic implică clar opoziţia dintre doi constituenţi (ex: - studiul populaţiei: natalitate – mortalitate etc.). De asemenea, echilibrul ecologic este cheia pentru înţelegerea homeostaziei în ecosisteme. Stabilitatea ecosistemelor se poate descrie şi prin concepte împrumutate din fizică (Puia, Soran, 2001): ™ constanţă - lipsa modificărilor unuia sau mai multor parametrii ai ecosistemului; ™ persistenţa - supravieţuirea ecosistemului în timp cu toate componentele sale; ™ inerţia - capacitatea ecosistemului de a rezista perturbărilor din exterior; ™ elasticitatea - viteza de revenire a ecosistemului la starea dinaintea perturbării; ™ amplitudinea - măsură a îndepărtării de starea iniţială până la punctul de unde mai este permisă revenirea la o astfel de stare; 95

invarianţa ciclică - proprietatea ecosistemului de a oscila odată cu scurgerea timpului în jurul unei stări de echilibru; ™ invarianţa traiectoriei = însuşirea ecosistemului de a se orienta, îndrepta şi evolua în timp spre o ”stare finală” sau „Climax”. În ecologia contemporană termenul de echilibru ecologic este folosit ca sinonim al celui de homeostazie, lucru ce a determinat păreri diferite22. ™

22

A. Gigon, 1983, Typology and Principles of Ecological Stability and Instability, Mountain Research and Development, Vol. 3, No. 2; J. Justus, 2006, Ecological and Lyapunov Stability, Hastings; Alan ,1988, “Food Web Theory and Stability.” Ecology 69: 1665-1668; M. Robert, 1974, Stability and Complexity in Model Ecosystems. 2nd Edition. Princeton: Princeton University Press; M. Greg ,1997, “Methods and Metaphors in Community Ecology: The Problem of Defining Stability.” Perspectives on Science 5: 481-498; C. S. Holling, Resilience and Stability of Ecological Systems, Annual Review of Ecology and Systematics, Vol. 4. (1973), p. 1-23. 96

6 Ecologia populaţiei 6.1. Definiţie. Populaţia este definită ca fiind un grup de organisme din aceeaşi specie care ocupă un teritoriu dat. În ceea ce priveşte graniţele dintre populaţii, acestea pot fi stabilite clar (cazul peştilor dintr-o baltă) sau pot fi arbitrare (când ecologii le trasează în funcţie de problema luată în studiu). Studiul populaţiilor presupune şi utilizarea altor noţiuni: ™ generaţie - trebuie să se ţină cont de faptul că două generaţii succesive sunt conectate printr-o relaţie de filiaţie directă; ™ clasă de vârstă - reuneşte totalitatea indivizilor care la un moment dat aparţin unui anumit interval de vârste; ™ cohortă - totalitatea indivizilor care au apărut în urma reproducerii în acelaşi timp sau într-un interval de timp foarte scurt, în acelaşi biotop. Noţiunea de cohortă poate fi considerată, în linii mari, complementară noţiunii de clasă de vârstă, deoarece o cohortă trece succesiv prin toate clasele de vârstă. Între noţiunea de cohortă şi noţiunea de generaţie se poate remarca, de asemenea, o tangenţă, în sensul că există uneori situaţii în care mai multe generaţii se pot reproduce în acelaşi interval de timp, ceea ce determină astfel apariţia unei singure cohorte. Alteori, aceeaşi generaţie poate fi sursa apariţiei mai multor cohorte. 6.2. Trăsături structurale şi funcţionale (parametri de stare) Pentru aprecierea complexităţii unei populaţii se au în vedere parametri de stare ai acesteia, care sunt reprezentaţi prin următoarele trăsături structurale şi funcţionale1: ™ mărimea populaţiei; ™ distribuţia în spaţiu a indivizilor; ™ structura pe vârste; ™ natalitatea, mortalitatea, dinamica populaţiei; ™ transferul energiei şi al elementelor minerale la nivelul populaţiei naturale. 1

N. Botnariuc, A. Vădineanu, 1982, Ecologie. Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti; A. Mackenzie, Ball S. A., Virdee Sonia, 1998, Instant Notes in Ecology, Bios Scientific Publisher Oxford. 97

6.2.1. Mărimea populaţiei Modalitatea de exprimare a mărimii populaţiilor este densitatea. Aceasta reprezintă numărul de indivizi pe unitatea de suprafaţă, volum sau habitat. Putem vorbi de: densitatea absolută – care exprimă numărul de indivizi raportat la unitatea de suprafaţă sau de volum a ecosistemelor care integrează populaţiile date (se exprimă în nr. indivizi/m2 ); densitatea în biomasă –care reprezintă biomasa indivizilor raportată la unitatea de suprafaţă sau volum a ecosistemelor care integrează populaţia (mg s.u./ha). Ea este necesară în stabilirea populaţiilor dominante, deoarece sunt populaţii care realizează densităţi mici comparativ cu alte populaţii, însă care acumulează o cantitate mare de substanţă organică sau energie. Dacă biomasa este foarte mare, densitatea este de preferat să se exprime prin cantitatea de cenuşă obţinută prin calcinarea substanţei organice sau prin determinarea unor elemente din cenuşă: C, N, Ca etc.; densitatea ecologică – reprezintă raportarea numărului indivizilor numai la habitatul specific speciei. De exemplu, 100 indivizi de Leptinotarsa decemliniata (gândacul din Colorado)/m2 de teren cultivat cu cartofi. Metodele de estimare a densităţii populaţiilor sunt numeroase şi diferă de la un grup de organisme la altul, în funcţie de talie, grad de mobilitate, distribuţie în habitat, mod de viaţă etc.: 1. Numărarea directă se practică în cazul plantelor sau animalelor mari sau care ies în evidenţă (organisme unitare). Estimarea numărului populaţiei se bazează pe densitatea unei mostre2. De exemplu: la plante ierboase - număr exemplare/m2, la arbuşti - nr. exemplare/10m2, iar la arbori, nr. exemplare/25m2. 2. Metoda capturării şi recapturării. Această metodă constă în prinderea unui număr oarecare de indivizi (a) dintr-o populaţie (N) pe care îi marcăm, apoi îi eliberăm în habitat. După un anumit timp se capturează un lot de indivizi (b) din care o parte (c) sunt din cei marcaţi anterior. Valorile obţinute ne ajută să determinăm mărimea populaţiei (N) prin următoarea relaţie: a/n=c/b, unde N=ab/c. Acest lucru este posibil când populaţia este stabilă, fără emigraţii sau imigraţii, când natalitatea şi mortalitatea nu se schimbă şi când capturarea indivizilor nu modifică comportamentul lor. Metoda are numeroase neajunsuri (animalele pot deveni ,,dependente de capcană” sau, din contră, vor evita să fie prinse din nou în capcană, tehnicile de 2

Pentru a stabili numărul de unităţi de probă ce trebuie prelevate pentru determinare cu o anumită precizie a mărimii populaţiei există în principiu două metode: prelevarea probelor în două etape şi prelevarea secvenţială. În primul caz, numărul de probe N necesar pentru a asigura un anumit nivel de precizie poate fi estimat din ecuaţiile erorii standard (SE) şi preciziei (A), după recoltarea unui număr (N1) de unităţi de probă. Ulterior se iau: N2 = N - N1 probe. În cel de-al doilea caz, prelevarea secvenţială a probelor presupune colectarea probelor până la momentul la care anumite condiţii relativ simplu de controlat sunt îndeplinite. 98

capturare necorespunzătoare pot duce la creşterea mortalităţii printre indivizii marcaţi), care pot fi depăşite numai printr-un program foarte bine stabilit şi metode statistice speciale. În cazul în care între perioada de capturare şi cea de recapturare are loc o mortalitate evidentă, calculele matematice sunt mai complicate. 3. Metoda determinării densităţii populaţiilor prin extrageri de probe. Când metodele precedente nu se pot aplica se recurge la extrageri de probe pentru a putea evalua densitatea populaţiilor. Problema care se pune în astfel de situaţii este de a extrage un anumit număr de probe care să fie reprezentativ pentru întreaga populaţie cercetată. În funcţie de tipul de ecosistem şi de populaţia studiată, ecologul va alege metoda care va putea da cât mai puţine erori. O eşantionare corectă se obţine numai printr-o cunoaştere prealabilă a biologiei şi a modului de distribuţie a indivizilor în habitat. 4. Metoda estimării indirecte a densităţii. Această metodă se referă la estimarea numărului unei populaţii după semnele care indică prezenţa sa în habitat ca: galerii, urme, vizuini, cuiburi, dejecţii etc. În general, această metodă oferă numai o informaţie de ansamblu asupra abundenţei populaţiei şi asupra densităţii ei. Densitatea este un indiciu privind posibilităţile de suportare a spaţiului. Se pot întâlni situaţii de supraaglomerare a spaţiului, când populaţia depăşeşte posibilităţile de suportare a acestuia şi invers, subaglomerarea. Supraaglomerarea este fenomenul răspunzător de declanşarea luptei pentru existenţă (competiţie) în urma căreia, de cele mai multe ori, apare subnutriţia, degenerarea indivizilor şi a populaţiei (deoarece se dă lupta pentru existenţă între indivizi slăbiţi). De asemenea, favorizează izbucnirea epidemiilor (datorită şanselor mai mari de contaminare) şi micşorează rezistenţa la boli (datorită subnutriţiei). De exemplu, în ecosistemele agricole supraaglomerarea conduce la epuizarea prematură a apei şi a elementelor nutritive din sol, umbrirea plantelor, reducerea fotosintezei şi a producţiei biologice. În cazul unei densităţi reduse a populaţiei (subaglomerare) sunt de asemenea o serie de avantaje, dar şi de neajunsuri. De exemplu: riscul apariţiei epidemiilor este redus; resursele oferite de spaţiu sunt mai mult decât suficiente, de aceea ele nu sunt folosite în totalitate, rezultând mari pierderi energetice la nivelul ecosistemului; există pericolul dispariţiei populaţiei întrucât aceasta nu mai este capabilă să-şi refacă efectivul dintr-un număr redus de indivizi3. 6.2.2. Distribuţia în spaţiu Modul de distribuţie al indivizilor în spaţiu este în strânsă corelaţie cu limitele de toleranţă pe care acestea le au faţă de factorii abiotici, cu interacţiunile lor cu alte grupe de organisme şi comportamentul lor. Distribuţia poate fi: 3

Şchiopu Dan, op. cit., p.62. 99

1. Distribuţie uniformă, care presupune distanţe aproximativ egale între indivizi. În natură este rar întâlnită. O putem întâlni la populaţiile de animale cu comportament de teritorialitate, care populează medii relativ omogene (fig.6.1), sau la diferite populaţii vegetale4 (ecosistemele antropice). 2. Distribuţie randomizată, în care poziţia fiecărui individ este independentă de a celorlalţi (fig.6.2).

Fig. 6.1

Fig. 6.2

Se întâlneşte în cadrul unor populaţii foarte numeroase care trăiesc într-un spaţiu restrâns şi care au o mare mobilitate5. Distribuţia spaţială randomizată poate fi simulată utilizând seria Poisson ca distribuţie teoretică. Distribuţia Poisson este descrisă de ecuaţia6: mi p ' (i ) = ( ) − m 6.1 i! în care, m i i!

– media aritmetică; – valoarea capturii – i factorial

Pentru a verifica dacă distribuţia reală a valorilor calculate este sau nu semnificativ diferită de distribuţia teoretică (seria Poisson) se utilizează testul χ2, utilizând relaţia: [n(i ) − n' (i )]2 ∑ 2 χ = 6.2 n' (i ) în care, n(i) = distribuţia reală; n’(i) = distribuţia teoretică.

3. Distribuţie grupată (fig. 6.3.), care este determinată de: ™ comportamentul indivizilor (care caută să trăiască în apropierea semenilor lor – au o viaţă socială pronunţată),

4

Ex. arborii unei păduri mature ca urmare a unui comportament identic faţă de lumină; plantele de grâu dintr-un lan, pomii dintr-o plantaţie etc. 5 Ex. la păianjeni, insectele miniere, amfibieni, unele reptile, păsări şi mamifere etc. 6 În cazul seriei Poisson, media (m) este egală cu varianţa (s2). 100

™

condiţiile de mediu (indivizii populaţiei se aglomerează în zonele în care valorile factorilor ecologici sunt optime – de exemplu, locuri bogate în surse nutritive).

Fig. 6.3 Pentru a descrie distribuţiile spaţiale grupate nu există un model teoretic universal valabil. Un astfel de model poate fi distribuţia binomial negativă care este descrisă de ecuaţia:

m⎞ ⎛ p ' (i ) = ⎜ 1 + ⎟ k ⎠ ⎝ în care, m k

−k

⎛ m ⎞ (k + i − 1)(k + i − 2 )... k ⎜ ⎟ i! ⎝m+k⎠ i

6.3

– media aritmetică; – coeficient de agregare (invers proporţional cu creşterea gradului de grupare).

Pentru valoarea nulă a variabilei (i= 0) rezultă: −k

m⎞ ⎛ p ' (0) = ⎜1 + ⎟ 6.4 k ⎠ ⎝ Ceilalţi termeni pot fi estimaţi prin relaţia: m (k + i − 1) p ' (i ) = p ' (i − 1) 6.5 (m + k ) ⋅ i Parametrii distribuţiei binomial negative se estimează folosind metoda momentelor. Astfel, rezultă valorile m = M şi: M M2 6.6 = k= 2 SD − M Cd − 1 Se observă că pentru o distribuţie întâmplătoare (randomizată) care are coeficientul de dispersie Cd = 1 şi deci k devine infinit, distribuţia binomial negativă coincide cu seria Poisson. În ecosisteme pot exista şi alte cazuri de distribuţie. Acestea sunt determinate de comportamentele individuale care duc la dezvoltarea şi diversificarea structurii spaţiale. Alături de teritorialitate, în ecologie mai sunt descrişi termenii de domeniu (care reprezintă spaţiul frecventat de un individ pentru căutarea hranei) şi spaţiul vital (întregul spaţiu în care individul îşi desfăşoară activitatea toată viaţa). 101

Delimitarea acestor termeni nu poate fi realizată în cazul organismelor sesile, care sunt strict dependente de un teritoriu. Delimitarea precisă este exemplificată de B. Stugren (1982) în cazul rândunicii (Hirudo rustica), unde teritoriul este reprezentat de cuib, domeniul – de grădini, livezi etc. Din care îşi procură hrana, iar spaţiul vital îl reprezintă aria de clocire (Europa), calea de migraţie şi locul de iernare (Africa). Teritorialitatea este un fenomen specific animalelor7. Teritoriul este apărat cu agresivitate pentru satisfacerea nevoilor nutritive, împerechere, reproducere. Dimensiunea teritoriului este în strânsă legătură cu densitatea populaţiei. Dacă resursele sunt abundente, mărimea optimă a teritoriului este mai mică decât dacă resursele sunt reduse. Teritoriul se poate reduce sau dispare în cazul unor populaţii după parcurgerea perioadelor critice. De asemenea, el este mult mai bine apărat atunci când este folosit pentru reproducere, comparativ cu cel folosit pentru hrănire (în cazul peştilor, reptilelor, a unor erbivore gregare etc.)8. 6.2.3. Structura vârstelor Structura vârstelor se exprimă prin proporţiile în care sunt reprezentate diferitele grupuri sau clase de vârste faţă de numărul total al populaţiei date. Clasele de vârstă pot fi categorii specifice, cum ar fi: ani sau luni, sau diferite stadii în dezvoltare, cum ar fi: ou, larvă, pupă şi adult. Durata vieţii unui organism se împarte în: vârsta prereproducătoare (juvenilă); vârsta reproducătoare (de maturitate) ce durează tot timpul reproducerii şi vârsta postreproducătoare (senescenţa) de la ultima reproducere până la dispariţia individului. O distribuţie stabilă din punct de vedere a vârstei rezultă atunci când fracţia dintre anumite grupe de vârstă rămâne constantă şi forma piramidei vârstelor nu se schimbă în timp. Forma rămâne neschimbată datorită ratei natalităţii şi mortalităţii care rămâne constantă pentru fiecare clasă. O populaţie care nici nu creşte şi nici nu descreşte are o distribuţie de vârstă staţionară. O populaţie poate însă creşte sau descreşte şi, totuşi, poate avea o structură de vârstă stabilă. Populaţiile în creştere sunt caracterizate de un număr mare de tineri, ceea ce conferă piramidei o bază mai largă. Populaţiile cu o mare proporţie de indivizi din grupe mari de vârstă, descresc ca număr (fig. 6.4).

7

Pentru mai multe amănunte: Christine R. Mahera, D. F. Lottb,2000, A Review of Ecological Determinants of Territoriality within Vertebrate Species, The American Midland Naturalist, Volume 143, Issue 1; V. Switzer, 1997, Factors affecting site fidelity in a territorial animal, Perithemis tenera, Anim. Behav., 1997, 53, 865–877; Jakobsson, S., 1988, Territorial fidelity of willow warbler (Phylloscopus trochilus) males and success in competition over territories. Behav. Ecol. Sociobiol., 22, 79– 84; G. Tullock, 1997, On the Adaptive Significance of Territoriality: Comment, The American Naturalist, Vol. 113, No. 5, p. 772-775; B. C. Bates, 1970, Territorial behavior in primates: A review of recent field studies, Rev. Primates, Volume 11, Number 3; Ph. R. Thompson, 1978, The evolution of territoriality and society in top carnivores, Social Science Information, Vol. 17, No. 6, 949-992; R R Baker, Insect Territoriality, Annual Review of Entomology, Vol. 28: 65-89. 8 Pârvu C., 2001, Ecologie generală, Editura Tehnică, Bucureşti. 102

Distribuţia în populaţie reflectă vitalitatea acesteia şi capacitatea de creştere numerică. Ea diferă de la o specie la alta, iar în cadrul aceleiaşi populaţii, de la o perioadă la alta. Numărul de indivizi din fiecare stadiu ne poate da o informaţie folositoare asupra populaţiei. Distribuţia claselor de vârstă influenţează în mod direct modul în care se comportă întreaga populaţie în propriul habitat. Dacă în populaţie există un număr mare de exemplare tinere dar un număr redus de indivizi adulţi, concluzia poate fi că habitatul este adecvat pentru reproducere, dar rata supravieţuirii este redusă, în timp ce situaţia contrară (adulţi numeroşi şi exemplare tinere puţine) poate indica lipsa condiţiilor favorabile reproducerii. La animale, separarea claselor de vârstă permite evitarea competiţiei cu adulţii, folosirea mai bună a resurselor teritoriului ocupat, evitarea fenomenului de canibalism. La plante, structurile de vârstă ne oferă o imagine limitată, deoarece rata de creştere este nedeterminată şi nu este strâns legată de vârstă. De exemplu, spre deosebire de animale, unele plante pot atinge dimensiuni mai mari decât altele la aceeaşi vârstă şi la aceeaşi specie. Clasele de mărime, cum sunt: greutatea, suprafaţa acoperită sau diametrul copacilor la înălţimea de 1 metru, pot constitui măsuri ecologice mai utile decât vârsta în aceste cazuri. Dacă ne gândim la un copac, acesta are şi el o structură de vârstă şi este alcătuit din părţi tinere care se dezvoltă, active din punct de vedere funcţional şi părţi bătrâne. Mai mult, frunzele, ramurile şi rădăcinile se schimbă în activitate pe măsură ce îmbătrânesc. De aceea, un bun ecolog, nu va trata în mod egal frunzele de exemplu, pentru că ar ignora faptul că erbivorele le vor trata diferit. Vârsta indivizilor unei populaţii se poate determina după anumite caractere morfologice cum sunt inelele anuale la arbori, solzii la peşti, cochiliile la moluşte, coarnele şi dinţii la unele mamifere. Dacă generaţiile se suprapun şi vârstele nu se pot diferenţia după anumite caractere morfologice, atunci indivizii se pot grupa pe clase de dimensiuni. Se pot surprinde caracteristici ale indivizilor referitoare la procesele metabolice, necesităţile energetice, sensibilitatea faţă de acţiunea mediului etc. 6.2.4. Structura pe sexe Structura pe sexe este de obicei exprimată ca numărul relativ al masculilor raportat la numărul femelelor dintr-o populaţie. Astfel, un număr egal de masculi şi de femele poate fi exprimat ca raţie 1:1. Spre această structură pe sexe tind multe populaţii. Motivele evolutive pentru aceasta sunt cunoscute sub numele de Teoria raţiei sexului a lui Fisher, care poate fi explicată astfel: dacă masculii sunt relativi rari faţă de femele, fiecare mascul se va împerechea cu mai multe femele şi va produce mai mulţi urmaşi şi invers. Este de aşteptat ca fiecare variaţie a raţiei sexului să fie corectată de evoluţie, utilitatea mamei fiind mai mare dacă dă naştere la urmaşi din sexul minoritar. Acesta este un exemplu de avantaj pentru tipul mai rar. Teoria lui Fisher spune că ar trebui să se facă o investiţie egală în fiecare sex, ca un rezultat al avantajului tipului mai rar. Totuşi există numeroase excepţii de la raţia egală a 103

sexelor. Aceasta se datorează costurilor energetice prea mari, aglomerărilor şi competiţiei pentru împerechere. Structura pe sexe diferă foarte mult de la o specie la alta. Studiindu-se proporţia sexelor s-au evidenţiat 3 tipuri: ™ când raportul masculi/femele ( ♂/♀) = 1 (exemplu: la om), ™ când raportul este în favoarea masculilor (♂ >) (Ex.: la unele insecte, păsări, mamifere rozătoare); ™ când raportul masculi/femele este în favoarea femelelor (♀ >) (Ex: la afide). Este un indice important în perspectiva dezvoltării unei populaţii. Dominarea femelelor presupune o populaţie în plin progres numeric, în timp ce dominarea masculilor arată un regres. Un raport aproximativ egal cu 1 arată o populaţie staţionară. În fig. 6.4 se prezintă piramida vârstelor şi a sexelor populaţiei umane în ţările cu economie dezvoltată.

Fig. 6.4. Structura populaţiei umane pe vârstă şi sex (Suedia, Mexic, SUA) 6.2.5. Natalitatea şi mortalitatea Populaţia se caracterizează în orice moment prin apariţia şi dispariţia indivizilor. Natalitatea este un parametru ce reprezintă pentru o populaţie numărul de indivizi apăruţi prin diviziune, germinare, ecloziune sau naştere. Mortalitatea este expresia cantitativă a efectului pe care îl are mediul asupra populaţiei, respectiv numărul indivizilor ce dispar în unitatea de timp. Deoarece în natură factorii ecologici prezintă abateri de la concentraţiile optime pentru o populaţie, ne interesează să cunoaştem natalitatea ecologică sau realizată. Aceasta este dată de numărul de indivizi ce pot fi produşi în condiţii concrete de existenţă (se referă de fapt la numărul de pui născuţi într-un an, lungimea gestaţiei etc.). Natalităţii ecologice îi corespunde mortalitatea ecologică. Supravieţuirea este opusul mortalităţii. Numărul de supravieţuitori este de regulă mai interesant decât numărul deceselor, de aceea mortalitatea este exprimată 104

ca speranţă de viaţă (numărul mediu de ani care va fi trăit de membrii unei populaţii dintr-o anumită grupă de vârstă). Datele despre supravieţuire sunt de cele mai multe ori arătate sub forma unei curbe de supravieţuire pentru o anumită populaţie (un grafic care ne arată proporţia de supravieţuitori pe scară logaritmică în fiecare etapă a vieţii). Informaţia necesară pentru caracterizarea efectelor fluctuaţiilor factorilor de mediu asupra natalităţii şi mortalităţii se obţine mai simplu folosind metoda construirii tabelelor de viaţă (tabelul 6.1.) Acestea pot fi: ™ tabele de viaţă dinamice sau ale unei singure generaţii, pentru care informaţiile se obţin urmărindu-se populaţiile în condiţii particulare pe durata unei generaţii (cazul insectelor sau plantelor anuale) şi, ™ tabele de viaţă statice, care au la bază informaţiile obţinute din analiza unei probe, prelevată la un moment dat (se stabilesc clasele de vârstă, raportul sexelor etc.), pentru populaţiile care se suprapun şi care au ajuns la un echilibru (nu sunt în faza de creştere exponenţială). Tabelele vieţii cuprind evenimentele petrecute într-un anumit grup de indivizi născuţi aproximativ în acelaşi moment, de la naştere până la sfârşitul ciclului lor de viaţă. La întocmirea tabelelor vieţii este foarte important să ţinem cont de tipul de reproducere. Astfel, dacă populaţia are reproducere asexuată, atunci datele incluse în tabel se referă la toţi indivizii componenţi. Dacă populaţia are reproducere sexuată, cunoscând raportul sexelor, în tabel se vor introduce numai datele despre femele.

105

Tabel 6.1. – Tabel de viaţă pentru greierele de câmp (Chorthippus brunneus), după Richardand Wallof, 1954, citaţi de A. Mackenzie, A.S. Ball, S.R. Virdee,2000. Numărul de Număr Proporţia mulţimii Rata indivizi observat la care supravieţuieşte mortalităţii eliminaţi din Stadiu începutul la începutul fiecărui specifice Log10 nx populaţie în fiecărui stadiu (rata de fiecărei intervalul stadiu supravieţuire) vârste fiecărei vârste x

nx

lx

dx

qx

Ouă 0 Nimfă 1 Nimfă2 Nimfă3 Nimfă4 adulţi

44000 3513 2529 1922 1461 1300

1,000 0,080 0,058 0,044 0,033 0,030

0,920 0,022 0,014 0,011 0,003 -

0,92 0,28 0,24 0,25 0,11 -

4,64 3,55 3,40 3,28 3,16 3,11

Dx= lx-lx+1 Qx= dx/lx R0= rata netă de reproducere a populaţiei = ∑ lxmx= ∑Fx/a0=0,51.

106

Log10lx

0,00 -1,09 -1,24 -1,36 -1,48 -1,53

Ouă Ouă produse pe Ouă produse Log10nx- produse în individ pe individ log10 nx+1 fiecare supravieţuitor în originar în stadiu fiecare stadiu fiecare stadiu 1,09 0,15 0,12 0,12 0,05 -

Fx

Mx

lxmx

22617

17

0,51

Valoarea lx ne permite ca studiile să le efectuăm la momente diferite şi cu un număr diferit de indivizi. Valoarea qx ne dă indicaţii despre intensitatea mortalităţii la fiecare stadiu, dar întrucât acţionează multiplicativ, nu se pot însuma valorile la sfârşitul tabelului pentru a rezulta mortalitatea nimfelor. Mortalitatea la fiecare stadiu este exprimată prin valoarea k, derivată logaritmic şi poate fi însumată pentru a rezulta mortalitatea totală. Valoarea K a unui stadiu de viaţă este denumită puterea distrugătoare. La nivel de nimfă, pentru exemplul dat, K=0,15+0,112+0,12+0,05=0,44 comparativ cu 1,09 pentru stadiul de ou (stadiul de ou a contribuit major la distrugerea populaţiei). Analiza factorului K este o tehnică care permite identificarea factorilor determinanţi pentru mortalitate. Valorile K specifice stadiilor obţinute de-a lungul unor ani succesivi sunt comparate cu valorile pentru mortalitatea totală (K total). Analiza acestui factor scoate în evidenţă acele stadii care au cea mai mare mortalitate, care sunt responsabile de fluctuaţiile în rata de pierderi şi de aici în mărimea populaţiei. 6.3. Dinamica populaţiei Dinamica populaţiei ne arată modul în care variază o populaţie (caracterizată de obicei prin numărul de indivizi) în timp şi spaţiu. Dinamica este în strânsă legătură cu natalitatea, mortalitatea, schimbarea densităţii, a distribuţiei în spaţiu (capacitatea de migrare a indivizilor care o compun). Parametrii care caracterizează dinamica populaţiei sunt: rata natalităţii, rata mortalităţii şi ecuaţia de creştere. A. Rata natalităţii este dată de raportul dintre numărul indivizilor născuţi în unitatea de timp şi efectivul populaţiei (rata natalităţii este o viteză specifică). Ea depinde de factorii de mediu şi potenţialul biotic (adică capacitatea de a produce urmaşi şi de a supravieţui). În evoluţie au fost favorizate genotipurile la care natalitatea avea valori ce asigurau numărul maxim de supravieţuitori. B. Rata mortalităţii este dată de numărul de indivizi morţi în unitatea de timp raportat la efectivul populaţiei. Este influenţată de factori fiziologici şi factori de mediu. Modificarea numărului de indivizi dintr-o populaţie poate fi cauzată de: influenţa paraziţilor, bolilor, prădătorilor care duc la dispariţia unor indivizi. ™ concurenţa pentru hrană şi spaţiu ™ factorii climatici accidentali ™ îmbunătăţirea hranei, sporirea bazei furajere ™ poluarea aerului, apei şi a solului ™ intervenţia antropică, etc.

107

6.4. Modele de creştere a populaţiilor a. Modele independente de densitate9 In modelele matematice ce urmează, dimensiunea populaţiei este notată cu simbolul N (număr de indivizi). Pentru a identifica dimensiunea populaţiei în momente diferite de timp vom folosi indici inferiori. Astfel Nt este dimensiunea populaţiei în momentul t, N1 şi N2 dimensiunea populaţiei la un moment t1, respectiv t2 şi aşa mai departe. Convenţional, se notează cu N0, dimensiunea populaţiei la momentul 0, adică momentul esenţial pentru care se începe modelarea. De asemenea folosim simbolul Δ/δ pentru a nota variaţiile în dimensiunile populaţiei, în intervale mici de timp/infinit de mici de timp. Intervalele de timp, t, vor varia în funcţie de tipul de organism studiat. Pentru populaţiile cu creştere rapidă, precum bacteriile, t poate fi măsurat în minute; în timp ce pentru mulţi arbori şi vertebrate, t poate fi măsurat în ani. O populaţie îşi poate schimba dimensiunea după un interval distinct de timp ca rezultat a patru factori: naştere, moarte, imigrare (intrare în sistem) şi emigrare (ieşire din sistem). Pentru a simplifica lucrurile putem considera un sistem închis, în care nu intră şi nu ies indivizi (unde nu există imigrări sau emigrări). Singurele surse de variaţie a numărului de indivizi (nivelul populaţiei) sunt naşterea şi moartea. Modificarea numărului de indivizi în unitatea de timp este dată de raportul ΔN/Δt. Această variaţie este egală cu diferenţa dintre numărul de indivizi născuţi în intervalul de timp considerat (B) şi cei decedaţi în acelaşi interval de timp (D): ΔN =B−D 6.7 Δt Cum numărul de indivizi născuţi/decedaţi depinde de dimensiunile populaţiei putem prelucra ecuaţia anterioară prin împărţire la N: (ΔN / Δt ) B D 6.8 = − N N N Termenul B/N reprezintă rata natalităţii, iar termenul D/N reprezintă rata mortalităţii. Diferenţa dintre cele două viteze specifice (de naştere şi deces) este egală cu viteza specifică (rata) maximă de creştere a populaţiei Rm (valoarea maximă este caracteristică creşterii exponenţiale) care poate fi exprimată astfel: (ΔN / Δt ) B D = Rm = − 6.9 N N N

9

R., Pearl,1978, The Biology of Population Growth, History of Ecology Ser., Hardcover; P.K. Dutta1 R. Radner, Population growth and technological change in a global warming model, Economic Theory, Volume 29, Number 6; R.M. May, Angela R. McLean, 2007, Theoretical Ecology, Principles and Applications, Oxford University Press;, A. Sharov, Quantitative Population Ecology (http://www.ento.vt.edu/); http://www.arcytech.org; Mathematical Models of Population Growth - http://bio150.chass.utoronto.ca/xgrow/appendix.htm; 108

Relaţiile dintre dimensiunea populaţiei (N), variaţia numărului de indivizi în unitatea de timp şi rata de creştere pentru două populaţii, cu viteze specifice constante sunt prezentate în tabelul următor: Tabelul 6.2 – Interdependenţa dintre dimensiunea populaţiei şi viteza de creştere pentru două populaţii A şi B Timp [t] 0 1 2 3 4

N 1 2 4 8 16

Populaţia A ΔN/Δt 2-1=1 4-2=2 8-4=4 16-8=8 etc

(ΔN/Δt)/N=Rm 1/1=1 2/2=1 4/4=1 8/8=1 etc

N 1 3 9 27 81

Populaţia B ΔN/Δt (ΔN/Δt)/N=Rm 3-1=2 2/1=2 9-3=6 6/2=2 27-9=18 18/9=2 81-27=54 54/27=2 etc etc

Dinamica populaţiei ΔN/Δt

În timp ce populaţia A îşi dublează numărul în intervalul de timp considerat, populaţia B îşi triplează numărul în acelaşi interval de timp. Dacă reprezentăm variaţia populaţiei A în intervalul de timp ΔN/Δt în funcţie de nivelul populaţiei Nt se obţine un grafic similar cu cel din figura 6.5. Aşa cum se poate observa între ΔN/Δt şi N există o relaţie liniară, coeficientul de proporţionalitate fiind Rm (panta dreptei din grafic).

Panta = Rm

Populaţia Nt

Fig 6.5 Variaţia populaţiei în unitatea de timp este liniară cu populaţia. Panta este egală cu rata de creştere Această observaţie poate fi formulată matematic astfel: ΔN = Rm ⋅ N Δt

6.10

Se observă că relaţia 6.8 este identică cu 6.9. Acestea sunt valabile atât pentru populaţia A cât şi pentru populaţia B. Pentru a estima dimensiunea populaţiei la un interval de timp ulterior vom ţine seama de faptul că nivelul populaţiei la momentul N1 este egal cu nivelul populaţiei la momentul iniţial N0 plus creşterea populaţiei în intervalul de timp scurs între t1 şi t0: N1 = N 0 +

ΔN Δt

6.11

Înlocuind raportul ΔN/Δt cu expresia sa din ecuaţia 6.10 şi ţinând seama de faptul că la momentul iniţial de timp N=No , ecuaţia 6.11 capătă forma: N1 = N 0 + Rm N 0 6.12 109

sau: N1 = N 0 (1 + Rm )

6.13 Dacă notăm cu λ =N1/No, rata de multiplicare (raportul dintre nivelul populaţiei la momentul t1 şi nivelul populaţiei la momentul t0): N1 = N 0 ⋅ λ 6.14 Dacă se compară ecuaţiile 6.13 cu 6.14 rezultă: λ = 1 + Rm 6.15 Astfel, rata de multiplicare, λ, poate fi considerată ca fiind compusă din două părţi: valoarea 1 reprezentând nivelul populaţiei la începutul intervalului de timp şi Rm, valoarea vitezei specifice de creştere (pe individ), în intervalul de timp Δt. Dacă rata natalităţii depăşeşte rata mortalităţii (Rm > 0 şi λ > 1) populaţia va creşte în dimensiune. Dacă rata naşterilor este egală cu cea a deceselor (Rm = 0 şi λ = 1), nivelul populaţiei va rămâne constant. Dacă rata mortalităţii depăşeşte rata natalităţii (Rm < 0 (va fi negativă) şi λ < 1), nivelul populaţiei va scădea. Dacă rata de multiplicare rămâne constantă un timp, nivelul populaţiei după două intervale de timp va fi: N 2 = N1 ⋅ λ 6.16 Iar prin înlocuirea N1 din ecuaţia 6.14 în ecuaţia 6.16 rezultă: N 2 = N 0 ⋅ λ ⋅ λ = N 0 ⋅ λ2

6.17

Dacă repetăm substituţia se obţine ecuaţia generală: N t = N 0 ⋅ λt

6.18

în care, t

– intervale de timp sau numărul de generaţii.

Dimensiunea populaţiei [Nt]

Dimensiunea populaţiei la intervale fixe de timp poate fi stabilită pe baza numărului iniţial – N0 şi a ratei de multiplicare (constantă) (Fig. 6.6).

Timpul [t]

Fig. 6.6. Creşterea geometrică la 10 intervale de timp, începând cu o dimensiune a populaţiei de 1 şi o rată de multiplicare (λ) de 2 la fiecare interval de timp.

110

Exemplu: O populaţie de bacterii are un timp de dublare de 20 minute (λ = 2, Δt=20 minute). Dacă numărul iniţial de bacterii este 10 ce valoare va avea populaţia bacteriană după 12 ore? Pentru a rezolva această problemă se utilizează ecuaţia 6.12. (N0 = 10, λ = 2 şi t = 3 x 12 =36 (sunt trei perioade a câte 20 minute pe oră). N1 = 10 x 236 = 687 194 767 360 bacterii. Exemplu: O populaţie de insecte creşte de la 6 la 15 indivizi după o perioada de două săptămâni. Care va fi dimensiunea populaţiei după o perioada de 10 săptămâni (de la timpul 0) daca rata de înmulţire rămâne aceeaşi? Mai întâi, determinăm valoarea ratei de multiplicare (λ) care este egală cu 15/6 = 2,5 pe o perioadă de două săptămâni. Apoi calculăm numărul intervalelor de timp, t, care este egal cu 10 săptămâni /2 săptămâni =5 (numărul de perioade de două săptămâni în 10 săptămâni). Folosind Ecuatia 6.12, cu N0 = 6, λ =2,5, t=5 rezultă: Nt = 6 x 2,55 = 585,9 = 586 indivizi. Dacă facem intervalele de timp infinit de mici în modelul nostru de creştere, ecuaţia 6.4 se transformă în ecuaţia diferenţială: δN 6.19 = rm ⋅ N δt Expresia δN/δt reprezintă modificarea mărimii populaţiei la un anumit nivel de timp şi geometric reprezintă tangenta la curba de creştere a populaţiei în punctul în punctul N. Panta tangentei este rm, care reprezintă viteza instantanee de creştere, denumită uneori viteza naturală de creştere intrisecă sau parametrul Malthusian. Valoarea lui rm este egală cu diferenţa dintre natalitate şi mortalitate ( rm = b – d). Valoarea lui Rm tinde către valoarea lui rm dacă micşorăm din ce în ce mai mult intervalele de timp – Δt. Astfel, rm este viteza specifică de creştere (viteza de creştere raportată la numărul de indivizi, adică viteza de creştere per individ), ca şi Rm (diferă doar scara de timp). Pentru a prevedea dimensiunea populaţiei la un anumit moment de timp t (ex. Nt) integrăm ecuaţia 6.19. Prin integrare, practic, însumăm toate micile modificări ale numărului de indivizi între limite bine definite. În cazul nostru limita inferioară este zero iar limita superioară este momentul t în care dorim sa determinăm valoarea lui N (Nt): 6.20 N t = N 0 ⋅ e rm ⋅t Putem observa că ecuaţia 6.20 este similară cu ecuaţia 6.18 şi descriu creşterea populaţiei ilustrată în figura 6.7. egalând cele două ecuaţii se observă că ele vor fi egale dacă: 6.21 e rm = λ

111

Prin logaritmarea ecuaţiei 6.21 rezultă: rm = ln λ 6.22 Valoarea lui rm poate fi uşor scalată de la un set de unităţi de timp la alta. De exemplu, dacă valoarea lui rm este 0,1 pe zi (zi-1), rm = 0,1 x 7 = 0,7 (săptămână)-1. Ecologii tind să utilizeze rm mai degrabă decât λ deoarece este foarte uşor să compare vitezele de creştere ale diferitelor specii ce au fost măsurate la scări de timp diferite (biologii însă folosesc λ în modelul lor). Dacă logaritmăm ecuaţiile 6.20 şi 6.18 se obţine: ln( N t ) = ln( N 0 ) + rm ⋅ t 6.23

Logaritmul dimensiunii populaţiei [lnNt]

ln( N t ) = ln( N 0 ) + ln(λ ) ⋅ t 6.24 Cele două ecuaţii sunt echivalente. Ele arată că logaritmul mărimii populaţiei este proporţional cu timpul dacă populaţia creşte exponenţial (geometric). Pentru a verifica dacă o populaţie creşte exponenţial vom reprezenta grafic logaritm din numărul indivizilor din populaţie în funcţie de timp. Panta dreptei este rm = ln (λ) (Fig. 6.7).

Panta = rm=ln(λ)

Timpul [t]

Fig. 6.7. Reprezentare semilogaritmică a creşterii exponenţiale Exemplu de aplicare a ecuaţiei de creştere exponenţială: O anumită specie de şobolan are rata de creştere (rm =0,0143 zi-1). Dacă un număr mic de şobolani invadează o groapă de gunoi, unde condiţiile de viaţă sunt ideale, calculaţi după cât timp populaţia iniţială se va dubla. Din ecuaţia 6.14 (Nt = No ermt) pentru Nt =2 No (dublarea populaţiei) şi rm=0,0143 se obţine t = 48,47 sau aproximativ 48 de zile. Pentru comparaţie în tabelul 6.3 este prezentat timpul de dublare pentru câteva bacterii la temperatura optimă de creştere.

112

Tabelul. 6.3. Timpul de dublare pentru bacterii măsurat la temperatura optimă de creştere microorganism

t (oC)

timp de dublare (min)

60 37 37 30 30 25 25

11 20 28 6 96 570 840

Bacillus stearothermophilus Escherichia coli Staphilococcus aureus Streplococcus faecalis Lactobacillus casei Nostoc japonicum Anabaena cylindrica

În continuare este prezentată o deducere a expresiei timpului de dublare pentru o populaţie ai cărei membri se înmulţesc prin diviziune binară, creşte în timp astfel: Iniţial N0

Numărul generaţiilor 1

2

3

N0·2

N0·22

N0·23

········

······· ·

n

N0·2n

······· n·td · Timpul necesar dublării numărului de indivizi este denumit timp de dublare (td). În cazul populaţiilor sincrone (sau sincronizate) în care toţi indivizii se multiplică simultan, timpul de dublare este timpul necesar creşterii celulelor existente şi apariţiei unei noi generaţii de celule (tg). Cum creşterea sincronă durează doar 2-3 generaţii, după care creşterea este asincronă, timpul de dublare calculat (tD) reprezintă o valoare medie. Dacă notăm cu N nivelul populaţiei la momentul t, cu N0 nivelul iniţial (la t=0) şi ţinem seama de faptul că în acest interval de timp s-au format n generaţii, timpul (mediu) de dublare se obţine astfel: 6.25 N = N 0 ⋅ 2n ; n = t / t D Durata

td

2·td

3·td

log 2 ( N / N 0 ) = n = t / t D ⇒ tD =

t 0,693 ⋅ t = log 2 ( N / N 0) ln( N / N 0 )

6.26

113

Fig. 6.8 Evoluţia în timp pentru populaţie (N) şi pentru biomasă (X) b. Modele de creştere dependente de densitate Organismele au un fenomenal potenţial de creştere atunci când resursele nu sunt limitate. Admitem faptul că nu există suficiente resurse pentru a susţine o creştere nelimitată, deoarece trăim într-o lume limitată şi deşi observăm multe exemple de creştere explozivă a unor populaţii ştim că există limite ale dimensiunilor pe care acestea le pot atinge. Dacă nivelul populaţiei creşte şi spaţiul disponibil este limitat densitatea populaţiei va creşte. Dacă densitatea populaţiei creşte, resursele necesare pentru susţinerea lor devin limitate. Spre exemplu, creşterea păsărilor care trăiesc în anumite depresiuni poate fi limitată de numărul de copaci în care îşi pot face cuiburile. Premisa de bază a modelelor ce urmează este aceea că rata de creştere va scădea dacă densitatea populaţiei va creşte. Dacă considerăm că rata specifică de creştere depinde de densitatea populaţiei se poate modifica ecuaţia creşterii exponenţiale sub forma: δN =r⋅N 6.27 δt unde r = f (N ) 6.28 Pentru a determina forma acestei funcţii presupunem că există suficiente resurse pentru a susţine o densitate stabilă a populaţiei (să zicem K indivizi), numită “capacitate de suportare a mediului”. Viteza maximă de creştere per individ este egală cu rm, care este rata de creştere când nu există limitări (creşterea exponenţială). Când toţi indivizii sunt identici, fiecare individ foloseşte 1/K din resurse şi astfel se reduce rata maximă de creştere, rm, prin 1/K. Astfel, N indivizi reduc rm prin N/K. Aceasta relaţie poate fi exprimată astfel: N⎞ ⎛ r = rm ⋅ ⎜1 − ⎟ 6.29 K⎠ ⎝ 114

Această ecuaţie arată că rata de creştere per individ, r, este dependentă de mărimea populaţiei şi implicit (pentru sistemele limitate) de densitatea acestora (N). În cazul populaţiilor în care capacitatea de suportare a mediului este mare, (K) iar densitatea populaţiei (N) este mică, r este aproximativ egală cu rm. Dacă densitatea populaţiei (N) atinge nivelul (K), valoarea lui r scade constant până când mediul nu mai poate suporta creşterea caz în care (K=0). Dacă N depăşeşte K, atunci r devine negativă, iar populaţia va scădea. Prin înlocuirea ecuaţiei 6.21 în ecuaţia 6.27 obţinem ecuaţia de creştere logistică. Aceasta a fost demonstrată pentru prima data de Verhulst (1838) şi independent de către Pearl şi Reed (1920): N2 δN 6.30 = rm ⋅ N − rm δt K Ecuaţia 6.30 este prezentată frecvent în alte două forme echivalente: N⎞ δN δN ⎛ ⎛K −N⎞ = rm ⋅ N ⎜1 − ⎟ sau = rm ⋅ N ⎜ 6.31 ⎟ K⎠ δt δt ⎝ ⎝ K ⎠ O interpretare a ecuaţiei 6.30 este aceea ca rata de creştere a populaţiei (δN/δt ) este egală cu potenţialul biotic, adică diferenţa dintre potenţialul pentru creşterea exponenţială (rmN) şi rezistenţa la creştere ce este creată chiar de către populaţie. De exemplu, termenul (rmN2/K) arată scăderea vitezei de creştere datorită densităţii populaţiei şi poate fi considerat o măsură a competiţiei intraspecifice şi o componentă a ceea ce Darwin a numit “Lupta pentru existenta”. Pentru a exprima densitatea populaţiei în funcţie de timp, ecuaţia 6.22 este integrată rezultând: Nt =

K

⎛ K ⎞ 6.32 1 + ⎜⎜ − 1⎟⎟ ⋅ e −rmt N ⎝ 0 ⎠ Această ecuaţie arată că densitatea populaţiei în funcţie de timpul (Nt) depinde de densitatea iniţială a populaţiei (N0), capacitatea de suportare a mediului (K) şi rata intrinsecă a creşterii naturale (rm). Pentru calculul valorii rm din curba de creştere logistică se poate utiliza ecuaţia: ⎧ ⎫ K − Nt − rm t = ln ⎨ 6.33 ⎬ ⎩ [( N t K − N t N 0 ) / N 0 ]⎭

Exemplu: O populaţie de păsări cântătoare are o densitate de echilibru de 31 perechi reproducătoare la hectar. Dusă într-o nouă zonă, populaţia cu densitatea de 1 pereche reproducătoare la hectar a ajuns la densitatea de 12 perechi după 10 ani. Care este rata intrinsecă a creşterii naturale (rm) presupunând că populaţia creşte logistic? Folosind ecuaţia 6.33 (în care t = 10, K= 31, Nt = 12 şi No = 1) se obţine rm0,294 pe an. 115

c. Simularea creşterii logistice

Densitatea populaţiei N

Modelul logistic de creştere a populaţiei prezice atingerea unei densităţi finale egale cu K. Dacă densitatea iniţială este mai mică decât No şi mai mică decât k se obţine o curbă în formă de S denumită curbă de creştere sigmoidă sau logistică. Forma exactă a curbei depinde de densitatea iniţială N0 şi de valoarea K. Înclinarea curbei este direct proporţională cu valoarea (rm).

Timp (t)

Schimbarea densităţii populaţiei (ΔN/Δt)

Fig 6.8 Creşterea logistică a unei populaţii pentru K=5, rm = 0,5, N0=1.

Densitatea populaţiei (Nt)

Fig 6.9 Variaţia densităţii populaţiei în funcţie de densitatea acesteia

Rata creşterii per individ (r)

Din fig. 6.9. se observă că cea mai mare viteză de variaţie a densităţii populaţiei se obţine atunci când N=K/2.

Densitatea populaţiei (Nt)

Fig 6.10 Viteza de creştere specifică în funcţie de densitate, r=rm pentru N=0 (intersecţia cu axa Y) şi r=0 pentru N=K 116

Rata de creştere per individ (rm) sau rata intrinsecă de creştere este constantă în creşterea exponenţială. Comparativ, rata de creştere per individ (r), în modelul de creştere logistică scade liniar asemănător creşterii densităţii (Fig. 6.10). Când densitatea are valoarea 0, r = rm deoarece densitatea nu are efect, iar atunci când densitatea ajunge la capacitatea de suportare K, r scade la 0. La densităţi peste K, r este negativ. Presupunând că nu există imigrări şi emigrări populaţia reglează valoarea lui r în funcţie de densitate prin modificarea ratelor natalităţii/mortalităţii. Când rata natalităţii= cu rata mortalităţii se ajunge la un echilibru (N=K). Modelul are şi unele dezavantaje: ™ pe de o parte presupune că toţi indivizii sunt identici, iar în realitate ei variază ca mărime, vârsta, sex etc. Aceşti factori influenţează rata naşterilor şi a deceselor şi ca urmare nu ne putem aştepta ca rm şi K să fie constante; ™ pe de altă parte, modelul presupune că populaţia îşi ajustează rata natalităţii şi a mortalităţii la orice modificare a densităţii populaţiei, instantaneu. În realitate vor fi decalaje în timp pentru astfel de răspunsuri. ™ de asemenea, se presupune că mediul înconjurător nu se modifică pe toată durata aplicării modelului, însă, de obicei, condiţiile de mediu se modifică în timp. Ecuaţia creşterii logistice presupune că există ajustare instantanee şi continuă a ratei de creştere în funcţie de schimbările în densitatea populaţiei (fig.6.9). Pentru majoritatea populaţiilor există decalaje între momentul modificării densităţii şi modificarea vitezei de creştere. De exemplu, multe specii de păsări depun ouă care eclozează independent de părinţi şi astfel rata naşterii nu poate fi ajustată dacă densitatea populaţiei se schimbă între timpul depunerii şi eclozarea ouălor. In acest caz, rata naşterii este legată de densitatea din momentul depunerii oului, nu cea din timpul de eclozare, iar decalajele în timp vor fi mai mari decât perioada de incubare. Există numeroase modele ce introduc decalaje de timp în modelul logistic. Un model simplu (discret) descrie creşterea populaţiei prin ecuaţia: N ⎞ ⎛ N t +1 = N t + rm N t ⎜1 − t ⎟ 6.34 K ⎠ ⎝ Dacă scădem Nt din ambele părţi ale ecuaţiei 6.34 se poate observa că această ecuaţie este asemănătoare cu ecuaţia logistică 6.31, exceptând faptul că există un decalaj de un interval de timp, deoarece dimensiunea populaţiei la momentul t+1 depinde de dimensiunea populaţiei la momentul t. Cum decalajul este constant, răspunsul modelului depinde numai de rata intrinsecă de creştere(r). La valori mici ale lui rm modelul 6.34 se comportă ca un simplu model logistic (fig. 6.11a). Când rm atinge o valoare de aproximativ 1,1, densitatea populaţiei oscilează în jurul valorii K într-o serie de oscilaţii amortizate. Aceste oscilaţii devin mai pronunţate pe măsură ce rm se măreşte (fig. 6.11b). Când rm depăşeşte valoarea 2.0, oscilaţiile devin stabile, remarcându-se existenţa unui ciclu 117

cu valoare minimă şi maximă (fig. 6.11 c). Când rm este mai mare decât 2.57, oscilaţiile devin haotice (fig. 6.11 d). Creşterea populaţiilor care pornesc de la densităţi similare (puţin diferite) este aproape identică la valori mici ale lui rm (fig. 6.11 a,b,c), dar atunci când fluctuaţiile devin haotice, oscilaţiile nivelului celor 2 populaţii sunt divergente (fig.6.11d). De asemenea, se observă că atunci când populaţia fluctuează în jurul capacităţii de susţinere (K), nivelul mediu al populaţiei e mai mic decât K, deoarece atunci când densitatea populaţiei este mare decât K, scăderea este mai rapidă decât creşterea nivelului populaţiei de la nivele inferioare a lui K.

Densitatea (N)

(b)

Densitatea (N)

(a)

(c)

(d)

Densitatea (N)

Timpul (t)

Densitatea (N)

Timpul (t)

Timpul (t)

Timpul (t)

Fig. 6.11. Variaţia densităţii populaţiei conform modelului discret de creştere logistică pentru diferite valori ale rm, cu o capacitate K de 50 Trebuie subliniat faptul că populaţiile a căror creştere se face în trepte, cum este cazul multor insecte şi plante anuale, au o curbă de creştere ce nu seamănă cu curba logistică clasică chiar dacă rata natalităţii şi mortalităţii sunt dependente de densitatea populaţiei. Atunci când condiţiile de mediu se modifică (sezonier, anual) capacitatea de susţinere se va modifica şi ea. În general populaţiile cu valori mari ale rm - cazul multor specii de mamifere mici si insecte, au o perioadă de întârziere scurtă, în timp ce populaţiile cu valori scăzute ale rm – mamiferele mari au timp de întârziere mai mare şi reacţionează mult mai lent. Datorită timpului de întârziere mai mare populaţiile cu valori mici rm vor avea în medie o densitate inferioară valorii K. 118

În tabelul 6.4 este prezentată variaţia concentraţiei de drojdie10 în funcţie de timp. Reprezentarea grafică din figura……ne arată o curbă de creştere ce urmează modelul logistic clasic. Pentru determinarea parametrilor putem rearanja ecuaţia 6.32 sub forma: ⎛ K − Nt ⎞ ⎟⎟ = a − rm t ln⎜⎜ 6.35 ⎝ Nt ⎠

Biomasa de drojdie

În această expresie a = ln(K/N0 -1). Dacă reprezentăm valorile din partea stângă a ecuaţiei în funcţie de timp, punctele experimentale se vor aşeza pe o dreaptă. Intersecţia dreptei cu axa y ne va da parametrul a, în timp ce panta dreptei ne va permite determinarea lui rm. Pentru datele din tabel se obţine K = 664.3, a = 4.2017 şi rm = 0.5384.

Timpul [h]

Fig. 6.12 Creşterea unei populaţii de drojdii d. Matricea lui Leslie Unul dintre cele mai utilizate modele în ecologia populaţiei este modelul lui Leslie aplicabil în cazul populaţiilor structurate pe clase de vârstă şi capabil să descrie reproducerea, dezvoltarea şi mortalitatea organismelor. Modelul utilizează algebra liniară pentru a încerca să descrie ce rata creşterii exponenţiale sau rata intrinsecă a creşterii şi proporţia fiecărei clase de vârstă într-o populaţie cu distribuţie stabilă a vârstelor. Din punct de vedere structural, modelul lui Leslie descrie trei tipuri de procese ecologice: dezvoltarea, mortalitatea specifică vârstei şi reproducerea specifică vârstei, utilizând următoarele variabile şi parametri: Nx,t = numărul de organisme de vârsta x la timpul t, utilizând aceeaşi unitate de măsură pentru vârstă şi intervalul de timp; = supravieţuirea organismelor în intervalul de vârstă x până la x+1; sx = numărul mediu indivizi de sex feminin produs prin reproducere de mx către o femelă în intervalul x până la x+1 (valoare ce include mortalitatea genitorilor şi a descendenţilor). 10

Citate de Pearl în anul 1927. 119

Se pot scrie două ecuaţii: N x+1,t +1 = N x ,t ⋅ S x şi

6.36

n

N 0,t +1 = ∑ N x ,t ⋅ m x = N o,t ⋅ m0 + N1,t ⋅ m1 + ...

6.37

x =0

Prima ecuaţie reprezintă dezvoltarea – mortalitatea şi specifică numărul de organisme din toate clasele de vârstă, iar cea de a doua descrie procesul de reproducere şi specifică numărul de indivizi din prima clasă de vârstă. În prima ecuaţie, numărul de indivizi de vârstă x+1 la momentul t+1 este egal cu numărul indivizilor de vârstă x înmulţit cu rata specifică de supravieţuire pentru intervalul respectiv, sx. În a doua ecuaţie, numărul de indivizi aparţinând descendenţei (N0,t+1) egalează numărul femelelor care au participat la reproducere (Nx,t) dacă acesta din urmă este înmulţit cu numărul mediu de descendenţi realizaţi de o femelă (mx). Cele două ecuaţii pot fi combinate într-o singură ecuaţie matriceală de forma: N t +1 = A ⋅ N t 6.38 În care Nx este vectorul distribuţiei vârstelor în populaţie la timpul t, iar A este matricea de tranziţie:

Modelele matriceale sunt relativ uşor de repetat în timp, pentru că la un alt moment, se va înmulţi din nou matricea de tranziţie cu vectorul care descrie distribuţia vârstelor sub forma generală: 6.39 N t +2 = A ⋅ ( A ⋅ N t ) = A2 ⋅ N t

N t = At ⋅ N 0

6.40

6.5. Mecanisme active de reglare a densităţii populaţiilor 1. Dispersia este o mutare nondirecţională a indivizilor, departe de locul naşterii sau creşterii. În mod ideal, o mutare nondirecţională a unor indivizi se realizează în dorinţa acestora de a-şi găsi un habitat unde resursele pentru supravieţuire sunt abundente şi competiţia dintre indivizii aceleiaşi specii sau ai altor specii pentru 120

aceleaşi resurse este minimă. Prin găsirea unor noi habitate, indivizii îşi măresc aria de dominaţie a speciei lor. Dispersia este totuşi, de multe ori, o activitate riscantă, deoarece implică localizarea unui habitat favorabil, dar şi o abilitate competitivă a speciei11. Modalităţile de dispersie diferă de la specie la specie. Dacă mediul este suprapopulat indivizii pot să se împrăştie (disperseze) departe de zona cu densitate maximă. Chiar şi în cazul speciilor sesile (imobile) în marea majoritate a ciclului de viaţă, există de obicei un stadiu de dispersie. Astfel, cele mai multe specii de plante produc seminţe care sunt purtate de vânt (seminţele de arţar, păpădie – Taraxacum officinale), sunt purtate pe blana animalelor (turiţa – Galium aparine), în organele interne ale păsărilor sau mamiferelor care se hrănesc cu fructe (murele –Rubus caesius) sau de către curenţii de apă (palmierul de cocos). La anumite genotipuri de plante dispersia se realizează la distanţe diferite în funcţie de genotip12. În mod similar şi multe organisme marine au un stadiu larvar mobil. Dispersia poate fi privită ca un proces dezvoltat pentru a se evita împerecherea între indivizi înrudiţi şi concurenţa intraspecifică. Astfel, afidele cu aripi alocă resursele în vederea dezvoltării muşchilor aripilor şi a stratului de grăsime, dar au o capacitate de reproducere mai redusă comparativ cu indivizii fără aripi. În cazul plantelor, Galinsoga parviflora (busuiocul dracului) produce seminţe de două dimensiuni: cele mari au abilitate competitivă mai ridicată, iar cele mici au din contră, un potenţial de a migra mai mare. Dispersia insectelor depinde de unii factori precum: rata de zbor, mărimea sau greutatea insectelor13. Unele specii produc forme speciale pentru dispersie: apariţia aripilor în caz de densitate mare (la afide, la lăcuste), sau diferenţierea sexuală la unele specii de mamifere (în cazul leilor, masculii părăsesc teritoriul). Organismele pot evita condiţiile locale nefavorabile prin mutarea către altă zonă prin migrare. Migrarea este o mutare direcţionată, ca de exemplu, zborul rândunelelor (Hirundo rustica) toamna din Europa spre Africa. Un alt exemplu bine cunoscut este cel al lăcustelor care în general trăiesc izolat. Când după o secetă îndelungată cad ploi abundente, iar apele se revarsă peste terenurile unde adulţii au depus ouăle, ies un număr imens de larve care trec într-o fază gregară de viaţă. Lipsa hranei în mediul suprapopulat determină larvele să migreze, acestea deplasându-se pe pământ într-o anumită direcţie, pe care nu o schimbă indiferent de obstacolele care le-ar ieşi în cale. În Argentina, spre exemplu, 20 ha cultivate cu tutun au fost distruse într-o jumătate de minut de către o invazie de lăcuste. Deşi acestea sunt combătute cu mijloace moderne, ele rămân o adevărată calamitate naturală pentru unele ţări ale Africii, Americii de sud şi Asiei14.

11

A. Mackenzie şi colab, 2000 JOHNSTON, 1961. 13 Jung, C., B.A. Croft. 2001, Aerial dispersal of phytoseiid mites (Acari: Phytoseiidae): estimating falling speed and dispersal distance of adult females, Oikos 94:182–190. 14 T. Opriş, 1987, Bios, Ed Albatros, Bucureşti. 121 12

A Mackenzie (2000) precizează că între hibernare (care permite organismului să se ,,mute” în timp, depăşind o anumită perioadă nefavorabilă) şi migrare (o mutare în spaţiu spre o localizare mai favorabilă) există o similitudine clară. Migrarea poate avea loc pe diferite intervale de timp (cicluri diurne, anuale sau multianuale). Cercetătorii sunt fascinaţi de felul în care animalele pot călători în timpul migraţiei. Studiile au arătat că migrând speciile pot utiliza o mare varietate de mecanisme care includ: orientarea după stele, soare, substanţe olfactive şi câmpul magnetic al Pământului. Unele specii învaţă rutele de migrare de la indivizii experimentaţi, dar alte specii pot migra şi fără o altă experienţă, o abilitate care încă îi uimeşte pe cercetători. Migrarea necesită multă energie şi mulţi indivizi mor în timpul acesteia. În ciuda acestor costuri beneficiile migraţiei sunt mari, de aceea 15 comportamentul migrator a evoluat la multe specii . Un alt exemplu elocvent este şi migrarea Gândacului de Colorado (Leptinotarsa decemlineata). Întrucât în populaţia acestui dăunător, în Canada, media ratei emigrării noilor adulţi era de 97% (Harcourt, 1971) a fost uşor de înţeles cum această specie s-a răspândit rapid în Europa la mijlocul secolului trecut (Fig. 6.13).

Fig. 6.13 Răspândirea gândacului de Colorado (Leptinotarsa decemlineata) în Europa 15

B., Peter., 1993, Bird Migration: A General Survey. Oxford: Oxford University Press; R. Robinson, 2002, Biology, vol. 1-4, Ed. Macmillan Science Library, p. 92; Rankin, M.A., J.C.A. Burchsted. 1992, The cost of migration in insects, Annual Review of Entomology 37:533–559; M. Begon and all, op. cit., p. 180 şi urm. 122

2. Canibalismul reprezintă un mecanism de reglare de numărului de indivizi dintr-o populaţie care constă în faptul că un organism mănâncă organisme conspecifice. Acesta se poate manifesta în diferite forme: canibalism între adulţi, între sexe, între adulţi şi diferite stadii de dezvoltare etc. Este prezent la peste 1300 de specii16, având o distribuţie foarte diversă din punct de vedere taxonomic (de la protozoare până la mamifere). Canibalismul se manifestă de exemplu, în cazul unor peşti care îşi consumă propriile icre sau propriul puiet, la unele moluşte (Nutrica catena) care îşi sacrifică urmaşii, la unele femele care-şi consumă masculul (călugăriţa - Mantis), la unele specii de pescăruşi (Larus argentatus) ale căror indivizi consumă ouă şi pui din cuiburile vecine etc. Consecinţele canibalismului sunt diferite în funcţie de nivelul la care se manifestă. La nivel individual, canibalismul duce la dezvoltarea unor comportamente deosebite, iar la cel populaţional, în funcţie de modalităţile de manifestare, pot fi afectate unele trăsături ale populaţiei (rata mortalităţii, structura pe vârste, pe sexe, modificări ale trăsăturilor primelor faze de dezvoltare etc17. Beneficiile nutriţionale ale canibalismului sunt diverse. In primul rând, reprezintă accesul la o sursă de energie care nu este disponibilă pentru necanibali18, iar în al doilea rând, conspecificii pot avea o compoziţie diferită de elemente nutritive faţă de alte tipuri de pradă, şi canibalismul poate asigura nutrienţi în proporţii mai bune decât regimurile alimentare optime heterosfecifice19. 3. Succesiunea la hrănire Reprezintă un mecanism de reglare a numărului de indivizi în raport cu capacităţile trofice ale mediului. Cele mai multe exemple au fost evidenţiate la speciile de păsări la care clocitul începe imediat ce începe depunerea primului ou. Astfel, eclozarea puilor este decalată şi, ca urmare există o anumită ordine la hrănirea puilor de către părinţi. Acest decalaj permite o utilizare mai eficientă a resurselor mediului şi menţinerea unei densităţi mai ridicate a populaţiei. Exemple în acest sens sunt: la strigă (Tyto alba), rândunică, la unele specii de peşti etc. 4. Mecanisme complexe de reglare Fenomene complexe de reglare apar în cazul populaţiilor de mamifere şi la unele insecte parazitoide. De exemplu, şoarecii, care au o longevitate scăzută şi numeroşi duşmani, îşi menţin densitatea necesară printr-o mare prolificitate şi un 16

Polis G.A., 1981, The evolution and dynamics of intraspecific predation. Annual Review of Ecology and Systematics, 12, 225–251. 17 Fitzgerald şi Whoriskey, 1992, citaţi de N. Botnariuc, 1999, op. cit. 18 Fox L.R, 1975, Factors influencing cannibalism, a mechanism of population limitation in predator Notonecta-hoffmanni. Ecology, 56, 933–941; 19 Pfennig, D.W., Reeve, H.K., Sherman, P.W., 1993, Kin recognition and cannibalism in Spadefoot Toad tadpoles, Animal Behaviour, 46, 87–94; Fagan, W.F., Siemann, E., Mitter, C., Denno, R.F., Huberty, A.F., Woods, H.A. Elser, J.J., 2002, Nitrogen in insects: implications for trophic complexity and species diversification. American Naturalist, 160, 784–802; D. Mayntz, S. Toft, 2006, Nutritional value of cannibalism and the role of starvation and nutrient imbalance for cannibalistic tendencies in a generalist predator, Journal of Animal Ecology , 75, 288–297. 123

ritm de creştere intens; în cazul liliecilor longevitatea este mai mare însă prolificitatea este mai redusă (nasc doar un pui pe an). In acest caz, longevitatea este un factor reglabil, dependent de alţi parametrii ai populaţiei.

124

7 Relaţii intraspecifice şi interspecifice 7.1. Relaţiile intraspecifice Organismele cresc, se reproduc şi mor. Ele sunt afectate de condiţiile în care trăiesc şi de resursele pe care le obţin. Dar nici un organism nu trăieşte izolat. Fiecare, în anumite stadii ale vieţii, este membru al unei populaţii. Indivizii unei specii au cerinţe asemănătoare pentru supravieţuire, creştere şi reproducere, iar cerinţele lor, cumulate, pot depăşi la un moment dat stocul existent. Ca urmare, intervine concurenţa pentru resurse care determină, fără îndoială, privarea unora dintre organisme. Putem spune că, relaţiile dintre indivizi (organisme individuale) îşi au originea în necesitatea de supravieţuire în condiţiile concrete de mediu. Relaţiile intraspecifice nu trebuie însă privite unilateral (concurenţă sau relaţii de perfectă armonie). Aceste relaţii pot fi considerate ca relaţii individ – populaţie sau relaţii de sistem (între sistemul individual şi cel populaţional sau dintre diferite subsisteme ale populaţiei)1. Relaţiile intraspecifice sunt apreciate după rolul lor în cadrul sistemului populaţional. Cele mai importante relaţii sunt cele trofice (care rezultă din necesităţile de procurare a hranei), de protecţie (de apărare faţă de variaţiile factorilor ecologici, faţă de prădători), de reproducere, de reglaj numeric a populaţiei, de reglare a structurii populaţiei. 7.1.1. Agregarea.

Fig. 7. 1 Organizarea socială a termitelor permite construcţia unor muşuroiae impresionante

1 2

Petruţa Cornea, op. cit., p. 53. Activitate inversă dispersiei.

O relaţie intraspecifică foarte răspândită în natură este reprezentată de agregările individuale care constau din interacţiuni temporare sau permanente între indivizi sau grupări de indivizi conspecifici2. Acestea asigură supravieţuirea şi menţinerea populaţiei în ecosistemul din care face parte. Faptul că fac parte dintr-un grup îi conferă unui organism anumite avantaje: evitarea prădătorilor, localizarea hranei şi

125

prinderea prăzii mari sau foarte greu de prins, îngrijirea puilor, protecţie etc. De exemplu, bivolii (genul Bubalus) se pot apăra numai în turmă, lupii (Canis lupus) atacă numai în haită, unele specii de pasări formează în zbor un,,V,, pentru a reduce rezistenţa la vânt etc. Cooperarea dintre indivizi poate fi temporară (cazul creşterii puilor) sau permanentă (coloniile de furnici, perechile de lebede mute etc.). Atunci când densitatea populaţiei creşte peste limita optimă, cooperarea devine rapid un factor defavorizant, generator de stres (efect de masă). Din punct de vedere al originii, se disting două categorii de grupări: ™ grupările familiale (în cazul furnicilor, albinelor, termitelor, dar şi în cazul unor animale carnivore)- fig 7.1; ™ grupările „parasociale” (formarea şi organizarea unor grupări sociale de animale neînrudite direct între ele) - grupurile de elefanţi, erbivore mari etc. Agregarea este întâlnită şi în cazul plantelor (atât din flora spontană – vetrele de buruieni, cât şi din speciile cultivate). Aceasta are un rol trofic şi/sau apărare. Realizarea diferitelor categorii de relaţii intraşi interspecifice 2. Relaţiile intraspecifice menite să pregătească reproducerea afectează trăsăturile fiziologice, morfologice şi comportamentale ale indivizilor. Astfel, în cadrul acestei categorii pot fi incluse comportamente specifice legate de relaţiile dintre masculi (lupte între masculi, impresionarea sau sperierea rivalilor, comportamente de rivalitate), dezvoltarea organelor de simţ (auz, văz, Fig. 7. 2. Femelele fluturilor comunică miros sau gust) pentru a identifica cu masculii prin intermediul specia, sexul şi comportamentul sexual feromonilor al altor organisme. De exemplu, unele broaşte emit semnale distincte ce sunt adresate propriei specii. Mesajul poate fi auzit de ambele sexe, rezultatul constând în adunarea indivizilor într-o arie delimitată, în vederea reproducerii. În acelaşi sens, majoritatea insectelor (greierii în special), reptilelor (ex. aligatorii) şi unele mamifere produc semnale sonore, care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din cadrul biocenozei. 126

Înainte de împerechere, multe specii de reptile se angajează în ritualuri de curtare elaborate, care pot dura ore sau chiar zile întregi. Masculul de şopârlă îşi poate schimba culoarea sau îşi ridică nişte falduri speciale de piele în jurul gâtului. Există şerpi care iniţiază un adevărat dans, cu mişcări complexe de încolăcire şi urmărire. Broaştele ţestoase îşi mângâie potenţialul partener cu membrele anterioare, iar crocodilii şi aligatorii încep să mârâie de obicei, pentru a arăta că sunt gata să se împerecheze. La păsări, văzul şi auzul, sunt de asemenea extrem de importante în cadrul ritualurilor de curtare şi împerechere. Păsările cântătoare (de exemplu, sturzii sau privighetorile), folosesc un cântec individual, propriu, pentru aşi marca teritoriul şi pentru a-şi atrage perechea. Femelele răspund în mod diferit la aceste cântece. Unele sunt atrase de un cântec intonat cu putere, altele sunt atrase de durata melodiei sau de variaţiile melodice specifice unui anumit mascul. O altă modalitate de realizare a comunicării în cadrul speciei sau între specii, este aceea care utilizează ca vector diverse substanţe chimice, produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale (atractanţi sexuali). Acest tip de comunicare chimică se realizează atât în mediul terestru cât şi în mediul acvatic. Depistarea substanţelor semnal de către organisme, chiar şi în cazul în care concentraţia lor în mediu este extrem de redusă, presupune o mare capacitate de dispersie a metaboliţilor, dar şi utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile. De exemplu, feromonii sunt substanţe care, dispersate în mediu, provoacă schimbarea comportamentală a multor specii. Au acelaşi efect ca şi sunetele emise de broaşte sau păsări. Un exemplu pentru acţiunea feromonilor este prezentat în (fig 7.2). Păsările, insectele, peştii şi alte animale viu colorate folosesc culorile pentru identificarea partenerilor. Masculii multor specii de păsări sunt extrem de viu coloraţi şi au aranjamente complexe de pene. Cu cât este mai viu colorat sau mai pronunţat penajul masculului, cu atât acesta devine mai atrăgător pentru femele. Anumite specii, de pildă pasărea paradisului, se atârnă de ramurile copacilor pentru a-şi expune penajul spectaculos. Multe specii însă se bazează pe strategii mai sofisticate, de exemplu mişcări complexe în cadrul ritualului de curtare. Licuriciul este cel mai cunoscut organism care utilizează semnale luminoase pentru atragerea partenerilor. În aceeaşi zonă pot trăi mai multe specii dar fiecare dintre acestea luminează într-un mod specific. Semnalul este influenţat de intensitatea luminii, frecvenţa acesteia etc. Există o diferenţă între semnalele masculilor şi cele ale femelelor. În mare parte, masculii sunt atraşi de femele din aceeaşi specie, în timp ce femelele au capacitatea de a transmite semnale şi către alte specii. Fig. 7.3. Comunicaţiile dintre organisme prin mijloace luminoase sunt mai frecvente în mediul acvatic, acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode. Numeroase specii acvatice utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge, organisme zooplanctonice, moluşte, crustacee şi peşti) în diferite scopuri, fie pentru apărare, fie pentru atragerea prăzii sau reproducere. 127

Deseori, la unele specii apar fenomene de migrare pentru reproducere. De exemplu, în cazul somonilor adulţii migrează în ape curgătoare, unde condiţiile pentru dezvoltarea descendenţilor sunt optime, formează grupuri mari, iar după reproducere adulţii mor.

Fig. 7. 3 Culoarea, intensitatea şi frecvenţa semnalelor luminoase precum şi traseul parcurs reprezintă coduri de comunicare între licurici 3. Relaţiile intraspecifice legate de reproducere sunt cele ce asigură împerecherea şi fecundarea. Un exemplu clasic în acest sens este cel al cucului care nu poate supravieţui în absenţa altor specii de păsări, care le clocesc ouăle şi le îngrijesc pui după eclozare. 4. Relaţii de reproducere sunt cele ce se manifestă după ce reproducerea a avut loc. Acestea se manifestă, de obicei, sub forma relaţiilor dintre generaţii şi anume grija faţă de descendenţi. Asemenea relaţii apar, de regulă, la mamifere - fig. 7.4. La păsări, după ce puii au ieşit din ou, depind foarte mult de părinţii care le asigură hrana şi căldura necesară pentru supravieţuire. De obicei, un părinte rămâne cu puii, în timp ce celălalt caută hrană. Adesea între pui există o competiţie susţinută pentru atenţia părinţilor, iar cei mai mari devin de multe ori dominatori şi lacomi, în detrimentul celor mici. Anumite păsări ajung să îşi crească puii lor, dar şi pe ai altor specii. Uexemplu este cucul, care parazitează alte cuiburi, dar mai există şi alte specii care nu îşi construiesc propriul cuib, de pildă mierla vacii etc. Efectul de masă este întâlnit în mediul suprapopulat şi are un efect negativ. Acesta este o consecinţă a creşterii densităţii peste o anumită limită. În acest caz se manifestă cu pregnanţă fenomenele de competiţie şi canibalism, creşte pericolul din partea prădătorilor şi există un risc mai mare de îmbolnăvire. 128

Fig. 7. 4 Macacul japonez Macaca fuscata transmite puiului o serie de elemente de comportament printre care si spalarea hranei 5. Competiţia intraspecifică este foarte intensă întrucât indivizii tind să-şi împartă aceleaşi resurse, cu toate că pot exista diferenţe determinate de vârstă în cerinţele pentru hrană sau diferenţe sexuale. În cazul microorganismelor, condiţiile necesare pentru excluderea unuia dintre competitori sunt: coexistenţa celor 2 specii într-un mediu identic; să fie diferite fiziologic; să necesite o resursă identică, iar aceasta să fie limitată3. Evoluţia competiţiei în condiţii naturale este influenţată atât de concentraţia nutrienţilor cât şi de o serie de parametrii abiotici ai mediului (pH, temperatură, concentraţia oxigenului, a sărurilor, toleranţă la uscăciune etc.). Competiţia reprezintă o forţă majoră în ecologie şi este responsabilă pentru fenomene cum sunt migrarea şi teritorialitatea, fiind totodată cauza principală a reglării populaţiei prin procese dependente de densitate. 7.2. Relaţiile interspecifice 7.2.1. Clasificare Relaţiile interspecifice sunt multiple şi complexe, ele contribuind la organizarea biocenozei, la stabilirea căilor de dirijare a materialului energetic şi informaţional. 3

Având în vedere observaţiile de laborator şi câmp, particularităţile microorganismelor privilegiate în competiţie sunt: viteză mare de creştere, eficienţă ridicată în transportul şi conversia nutrienţilor limitanţi, capacitatea de a sintetiza şi stoca substanţe de rezervă şi de a le utiliza la nevoie, capacitate de a-şi sintetiza factorii de creştere, toleranţă la factorii abiotici, mobilitate (Alexander M, 1971 citat de G. Zarnea, op. cit, p. 628-629.

129

În funcţie de natura generală a interacţiunii, Odum, (1971) clasifică relaţiile interspecifice în nouă categorii: neutralismul, competiţia prin interferenţă directă şi prin utilizarea nutrienţilor, mutualismul, protocooperarea, comensalismul, amensalismul, parazitismul şi prădătorismul. Alţi autori au în vedere efectul acestor relaţii şi le clasifică în relaţii indiferente, pozitive şi negative sau relaţii trofice şi de altă natură4. Între indivizii a două specii diferite se stabilesc, de regulă, legături care pot fi exprimate matematic astfel: bilateral neutre (00), pozitive (+ +), negative (- -) sau combinaţii ale acestora (+ -; + 0; - 0 etc.). Aceste relaţii au un caracter dinamic, ele se dezvoltă prin selecţie naturală şi pot trece de la o formă la alta în funcţie de diferiţi factori. De asemenea, trebuie precizat că în comunităţile biologice complexe pot funcţiona toate tipurile de interacţiuni. Dacă relaţiile pozitive măresc şansele de dezvoltare sau de supravieţuire ale populaţiilor beneficiare, relaţiile negative acţionează ca mecanisme de autoreglare a densităţii populaţiilor, împiedicând suprapopularea unor teritorii. Alte relaţii sunt stabilite pe criteriul rolului lor în viaţa populaţiilor: a) relaţii legate de reproducere – la unele specii reproducerea este condiţionată de prezenţa altor specii: prezenţa unor plante acvatice pentru depunerea ouălor unor peşti sau nevertebrate; prezenţa scorburilor în arbori necesare unor specii de păsări; necesitatea unor insecte pentru polenizarea unor plante. b) relaţii legate de răspândire – răspândirea unor specii de plante şi animale poate fi întâmplătoare (agăţarea de corpul păsărilor) alteori specializată (seminţele de rumex- ce trec nevătămate prin stomacul unor mamifere putând fi răspândite la distanţe mari; seminţele de vâsc sunt răspândite de mierla care consumă fructele acestei plante semiparazite lipindu-se de ciocul acesteia). c) relaţii trofice (comensalism, mutualism) – constituie un agent de reglare al densităţii organismelor, reprezentând cea mai importantă legătură între speciile unei biocenoze. Din acestea derivă relaţiile legate de apărare. Principala caracteristică a relaţiilor intraspecifice este aceea că ele sunt finalizate, orientate în sensul asigurării supravieţuirii populaţiei date, a perpetuării şi prosperării acesteia. 7.2.2. Neutralismul Neutralismul (0 0) este o asociere lipsită de influenţe reciproce şi este considerat de mulţi cercetători ca o interacţiune puţin probabilă în natură sau cel mult cu o importanţă minimă5. Speciile nu se afectează reciproc întrucât nişele lor ecologice sunt separate. Şi în cazul microorganismelor neutralismul este greu de evidenţiat în mediu natural. El poate fi evidenţiat in vitro atunci când microorganismele cresc asociat, cu viteze de multiplicare şi densităţi finale egale cu cele cu care se dezvoltă separat. 4 5

S. Frontier, op. cit., p.240. G. Zarnea, 1994, op. cit., p. 254.

130

7.2.3. Mutualismul Interacţiunile pozitive sunt de natură cooperantă şi predomină de obicei la densităţi populaţionale mici. Au mare valoare ecologică deoarece în anumite condiţii pot determina apariţia unor organisme noi (de exemplu, lichenii) capabile să ocupe nişe ecologice specifice, imposibil de ocupat de fiecare organism în parte. Mutualismul (+ +) reprezintă o asociaţie bilateral benefică, care formează elementele de bază ale organizării multor comunităţi. Unii autori6 includ în această categorie relaţiile dîntre organismele care trăiesc împreună în strânsă asociere fizică (ambele populaţii sunt obligatoriu dependente una de alta), dar şi relaţiile dîntre specii care profită de pe urma convieţuirii lor (mutualism neobligatoriu). Alţi autori7 consideră o relaţie de pe urma căreia profită ambele specii, dar care nu este obligatorie pentru nici o parte, nu ca mutualism, ci ca fiind o relaţie de protocooperare. Relaţia în acest caz este nespecifică, în sensul că orice specie asociată poate fi înlocuită de o alta care îndeplineşte aceeaşi funcţie. După N. Botnariuc (1999) relaţiile mutualiste pot fi clasificate, fără o demarcaţie strictă, în patru categorii, în funcţie de rolul pe care acestea îl îndeplinesc în viaţa populaţiei: nutriţia, apărarea, reproducerea şi răspândirea descendenţilor. În continuare sunt prezentate câteva exemple de relaţii de tip mutual: 1. Simbioza Rhizobium – plantă leguminoasă. Gazda, de pe urma simbiozei, este aprovizionată cu azot uşor asimilabil, iar bacteriile au acces la sursa de carbon (prin hidrocarbonaţi). Ca rezultat al acestei relaţii se formează noduli radiculari, cu o structură foarte complexă (un grad ridicat de integrare). Infectarea, nodularea ca şi fixarea simbiotică a azotului implică o interacţiune strânsă între rizobii şi plantele leguminoase gazdă specifice. Cei doi parteneri ai simbiozei trebuie să se recunoască mai întâi unul pe celălalt. Această recunoaştere specifică se consideră a fi o interacţiune între lectinele plantei gazdă (glicoproteină găsită în perişorii radiculari) şi polizaharidele de pe suprafaţa bacteriilor. Specificitatea acestei relaţii a fost comparată cu o relaţie de tip anticorp-antigen fără de care infecţia nu se poate produce. Recunoaştere este specifică şi determină ataşarea rizobiului pe rădăcina plantei leguminoase gazdă. Infecţia gazdei însă nu se produce într-o formă patogenică datorită controlului exercitat de planta gazdă asupra invaziei. Rizobiile, în general, pătrund în planta gazdă prin perişorul radicular, invazia bacteriei fiind mediată de o structură tubulară formată de planta gazdă, numită filament de infecţie, care invadează celulele cortexului radicular. Rizobiile sunt cuprinse în filamentul de infecţie şi rămân incluse într-o membrană a celulei gazdă care poartă numele de membrană peribacteroidă. Astfel, bacteroizii îşi desfăşoară activitatea într-un spaţiu bine delimitat. Planta leguminoasă influenţează

6 7

Mackenzie, 2000, Botnariuc, 1999 Şchiopu, 1997, op. cit., p.

131

expresia genelor bacteriilor, iar rizobiile la rândul lor influenţează activitatea genelor acestor plante. Celulele din nodozităţi sunt organizate în zone. Bacteroizii sunt cuprinşi în membranele peribacteroide care îi exclud din zonele meristematice şi epidermale. Morfologia nodozităţii are o semnificaţie biochimică asigurând difuzia oxigenului şi a nutrienţilor în bacteroizi şi exportul amoniului care este apoi inclus în schelete de carbon de către planta gazdă. O trăsătură distinctă a nodozităţilor efective în fixarea simbiotică a azotului este prezenţa leghemoglobinei, proteină capabilă să lege oxigenul necesar respiraţiei nodozităţii şi să protejeze nitrogenaza, enzima care determină fixarea azotului molecular, puternic inhibată de excesul de oxigen. Bacteroizii conţin substanţele necesare fixării simbiotice a azotului, iar plantele leguminoase asimilează amoniacul produs transformându-l într-o formă organică folosită apoi atât la nutriţia întregii plante cât şi a bacteroizilor. Planta leguminoasă asigură un mediu potrivit şi o sursă de energie care abilitează bacteroidul pentru fixarea azotului fig. 7.5.

Fig. 7. 5 Simbioza dintre Rhizobium şi legume Realizarea simbiozei depinde de mai mulţi factori: a) nivelul rizobiilor din rizosfera plantelor leguminoase, care este controlat de ambii parteneri; b) controlul fixării bacteriilor pe perii radiculari; 132

c) curbarea perilor radiculari; d) formarea filamentului de infecţie după infectarea perişorului radicular. Pe lângă tulpinile benefice plantelor există şi tulpini ineficiente de Rhizobium, care profită de localizarea lor pe plantă, în vederea folosirii nutrienţilor, relaţia deviind uşor spre parazitism. 2. Simbioza dintre fungi (micobiontul) şi alge sau/şi cianobacterii (ficobiontul) care conduce la formarea lichenilor. Între partenerii simbiozei au loc schimburi de substanţe astfel: ficobiontul produce glucidele de care beneficiază ambii parteneri, cianobacteria poate fixa azotul, iar micobiontul acumulează apă, săruri minerale pentru celalalt component (fig. 7.6).

Fig. 7. 6 Anatomia lichenilor Poziţia sistematică a lichenilor este pusă sub semnul întrebării, dar acest lucru nu ne împiedică să spunem că lichenii sunt foarte importanţi din punct de vedere ecologic. Ei au o mare capacitate de înmagazinare şi reţinere a apei şi sunt capabili să producă substanţe care degradează substratul mineral. De aceea ei pot să se dezvolte în condiţii extreme (stânci, zone cu temperaturi foarte scăzute, dar şi în deşert etc.), în care alte vieţuitoare nu pot supravieţui, fiind primii colonizatori. Ei pot constitui sursă de hrană pentru erbivore şi sunt buni bioindicatori, fiind foarte sensibili la poluanţi ai aerului. 3. Micorizele. Reprezintă rezultatul asocierii simbiotice dintre ciuperci şi rădăcinile arborilor (fig. 7.7).

133

Micorizele arbusculare (MA) sunt asocieri simbiotice larg răspândite, formate între fungi din taxonul Glomeromycota8 şi rădăcinile plantelor vasculare9. S-a estimat că 80% din totalul familiilor de plante vasculare (aproximativ 250.000 de specii de plante) sunt capabile să formeze micorize10. Micorizele sunt capabile să colonizeze diferite habitate, succesul lor ecologic reflectând un grad ridicat de diversitate a capacităţilor genetice şi fiziologice ale fungilor endofiţi. Aproape 6.000 de specii de fungi dintre Zygo-, Asco- şi Basidiomicete au fost identificate ca micorizale, iar odată cu dezvoltarea tehnicilor moleculare noi specii micorizale şi noi tipuri de asociaţii sunt descrise pe baza amprentarii ADN11. Succesul stabilirii asocierii este ilustrat prin: • capacitatea plantei de a se aproviziona cu nutrienţi prin intermediul fungului (micotrofie); • calitatea de simbiont obligat a Fig. 7. 7 Ecto şi endomicorizele fungului, care nu-şi poate completa ciclul biologic independent de planta gazdă; • integrarea fiziologică a ambilor simbionţi şi redistribuirea activităţilor enzimatice, în special a celor implicate în schimbul de nutrienţi dintre parteneri. 8

A. Schusssler, 2001 In timpul formării simbiozei hifele fungului cresc între celulele corticale ale rădăcinii, penetrează pereţii celulari şi formează structuri hifale foarte ramificate (arbuscule) sau de forma spiralată care invadează membrana celulară a plantei. Acest proces creează o suprafaţă foarte mare între cei doi simbionţi prin care are loc schimbul metabolic. Atunci când rădăcina plantei este colonizată, fungul MA produce hife ramificate formând miceliul extraradicular (MER). MER este folosit de fung pentru a explora solul din punct de vedere al resurselor la mai mulţi cm distanţă de rădăcina colonizată. Un gram de sol conţine până la 30 m de hife fungice extraradiculare (MA). Vecinătatea imediată a hifelor extraradiculare este cunoscută sub numele de hiposfera, iar volumul de sol influenţat de activităţile combinate ale rădăcinii şi fungului este cunoscut sub numele micorizosferă. Datorită diametrului mic al hifelor individuale ca şi numărului mare de hife din sol este posibil ca fungul să colonizeze micrositusul în care nu au acces rădăcinile. Aria specifică mare a miceliului fungic MA poate creste semnificativ suprafaţa din care rădăcina absoarbe nutrienţi. 10 Puţine specii de plante vasculare nu sunt capabile să stabilească simbioze de tip micorizal şi acestea aparţin familiilor Cruciferae, Chenopodiaceae, Cyperaceae, Caryophyllaceae şi Juncaceae. 11 Studii recente bazate pe tehnici moleculare indică faptul că s-a subestimat diversitatea acestei încrengaturi. Douds, D.D., Millner, P.D., 1999. Biodiversity of arbuscular mycorrhizal fungi in agroecosystems. Agric. Ecosys. Environ. 74, 77–93, Clapp, J.P., Young, J.P.W., Merryweather, J.W., Fitter, A.H., 1995.Diversity of fungal symbionts in arbuscular mycorrhizas from a natural community. New Phytol. 130, 259–265. 9

134

Speciile de plante (chiar soiuri diferite în cadrul aceleiaşi specii) manifestă grade diferite de “susceptibilitate” faţă de fungii micorizali12. Se cunosc însă destule cazuri când un singur sistem radicular stabileşte simbioze cu diferite specii de fungi micorizali, sau când rădăcinile unor specii diferite de plante sunt conectate prin intermediul miceliului unui singur fung AM. Planta aprovizionează fungul cu zaharuri obţinute prin biositeză, în timp ce fungul aprovizionează cu nutrienţi rădăcinile plantei. Importanţa fungilor simbiotici pentru plantele gazda constă în solubilizarea şi consumul nutrienţilor greu accesibili plantelor, între care fosforul ocupă unul din primele locuri. Asocierea MA poate mări de asemenea fitodisponibilitatea unor micronutrienţi cum ar fi cuprul şi zincul. S-a sugerat de asemenea, că unii fungi MA sunt capabili să mobilizeze azotul legat organic, inaccesibil altfel plantelor. În afară de influenţarea calităţii şi cantităţii de resurse disponibile plantei, MER asigură o interfaţă pentru interacţia cu alte microorganisme din sol. O proporţie importantă (10-20%) din carbonul obţinut de plantă prin fotosinteza este pusă la dispoziţia simbiozei micorizale. O parte din acest carbon este folosit pentru creşterea biomasei fungice, iar cealaltă parte este eliminată - activ sau pasiv - în mediu unde poate fi utilizată ca sursă de energie de către celelalte microorganisme din micorizosferă13. Fungii AM pot să interacţioneze cu alte microorganisme din rizosferă şi să exprime activităţi biologice cu relevanţă pentru creşterea şi sănătatea plantelor14. In acest context trebuie amintite interacţiile benefice ale fungilor micorizali cu Rhizobium spp. şi cu alte rizobacterii în cazul utilizării unor inoculi micşti, prin reducera semnificativă a stresului asociat cu nutriţia, aerarea şi structura solului15, pH-ul, sărăturarea16, prezenţa unor poluanţi de tipul metalelor şi cu prezenţa patogenilor.

12

Adaptările necesare pentru integrarea morfologică şi compatibilitatea funcţională reciprocă dintre celulele plantei şi cele ale fungilor AM sunt rezultatul unor procese de recunoaştere şi de coordonare la nivel molecular deosebit de evoluate. Schimbul de semnale dintre celulele plantei gazdă şi fungii AM este iniţiat chiar înainte ca cei doi parteneri să ajungă în contact fizic. Metaboliţii exudaţi de rădăcinile plantei gazdă stimulează în mod specific germinarea sporilor fungului şi creşterea hifelor, spre deosebire de exudatele rădăcinilor non-micorizale, care nu manifestă acest efect. 13 Veronica Artursson, Roger D. Finlay and Janet K. Jansson, Interactions between arbuscular mycorrhizal fungi and bacteria and their potential for stimulating plant growth, Minireview, Environmental Microbiology (2006), 8 (1), 1–10. 14 Singh, R., Adholeya, A., Mukerji, K.G., 2000. Mycorrhiza in control of soil borne pathogens. In: Mukerji, et al. (Eds.), Mycorrhizal Biology. Kluwer Academic/Plenum Publishers, pp. 173–195. 15 Matthias C. Rillig and Daniel L. Mummey, Mycorrhizas and soil structure, New Phitologist, Review, 2006 16 Volpin, H., Kapulnik, Y., 1994. Interaction of Azospirillum with beneficial soil microorganisms. In: Okon, Y. (Ed.), Azospirillum/ Plant Associations. CRC Press, Boca Raton, pp. 111–118; Barea, J.M., Azco´n, R., Azco´n-Aguilar, C., 2002. Mycorrhizosphere interactions to improve plant fitness and soil quality. Antonie van Leeuwenkoek 81, 343–351.

135

S-a demonstrat experimental că şi specii de Pseudomonas si de Bacillus interacţionează cu fungii AM, dezvoltând activităţi sinergice care conduc la ameliorarea creşterii şi nutriţiei plantelor. In mod asemănător, capacitatea profilactică a fungilor micorizali poate fi accentuată prin cooperarea cu alte microorganisme din rizosferă care au efect antagonist împotriva patogenilor17. Aici pot fi incluse specii de fungi aparţinând genurilor Trichoderma şi Gliocadium, dar şi specii de bacterii din genurile Pseudomonas şi Bacillus, care manifestă acţiune neutră sau benefică faţă de fungii AM, dar antagonistă faţă de o serie de fungi patogeni, precum Fusarium, Verticillium, Rhizoctonia sau Pythium.

Fig. 7. 8 Reprezentarea schematica a interactiilor posibile intre diferiti componenti ai micorizosferei. Influenta directa si indirecta a fungilor MA asupra celorlalti componenti: 1. aprovizionarea cu carbohidrati bogati in energie (C) via hife extraradiculare; 2 .modificari de pH; 3. competitie pentru nutrienti; 4. compusi stimulatori (a) sau inhibitori (b); 5. crestere stimulata a radacinii; 6. modificari ale exudarii radiculare; 7 modificari ale structurii solului; 8. bacterii endosimbiotice in structurile fungice MA; 9. interactii cu fungii patogeni. Efectele bacteriilor asupra fungilor MA: 10. efectele asupra receptivitatii radacinilor la colonizarea MA; stimularea sau inhibarea cresterii (11) sau germinarii (12) propagulelor fungice MA; 13. modificarea chimiei solului.

17

Barea J.M., Azco´n-Aguilar, C., Azco´n, R., 1997. Interactions between mycorrhizal fungi and rhizosphere microorganisms within the context of sustainable soil-plant systems. In: Gange, A.C., Brown, V.K. (Eds.), Multitrophic Interactions in Terrestrial Systems. Blackwell Science, Cambridge, England, pp. 65– 77. Gryndler, M., Hrselova´, H., Strı´teska, D., 2000. Effect of soil bacteria on growth of hyphae of the arbuscular mycorrhizal (AM) fungus Glomus claroideum. Folia Microbiol. 45, 545–551.

136

Prezenţa bacteriilor în interiorul hifelor fungice sau specific asociate cu fungii micorizali sugerează faptul că multe simbioze AM sunt asociaţii tripartite, constatări deosebit de utile pentru stabilirea de noi strategii de utilizare practică a fungilor AM şi in special pentru elaborarea unor noi combinatii de inoculi micşti. Unele cercetări din contră au demonstrat efectul negativ al fungilor AM asupra BNF18. Asociaţiile de tip micorizal se încadrează, în principal, în două categorii: ectomicorize şi endomicorize (fig.7.7). Pentru fiecare categorie în parte etapele colonizării se realizează prin mecanisme specifice. Ectomicorizele se stabilesc între celulele epiteliale ale rădăcinii şi miceliile dicariotice ale fungilor care provin prin fuziunea a două hife monocariotice germinate din spori. Simbioza ectomicorizală se evidenţiază prin prezenţa mantalei ce aderă la suprafaţa exterioară a celulelor radiculare, formând agregate ale hifei. Acest miceliu comunică cu hifa extramatriceală având funcţia de nutriţie minerală şi a apei la nivelul ţesutului implicat în simbioză. Câteva hife din zona interioară a mantalei penetrează celulele radiculare formând reţeaua Hartig unde are loc schimbul de metaboliţi. Hifele pot coloniza atât ţesutul epidermal (angiosperme) dar şi celulele corticale (gimnosperme). Simbioza endomicorizală a fost denumită şi vezicular arbusculară datorită structurilor caracteristice pe care le formează în cadrul interacţiei. Arbusculele sunt structuri hifale complicat ramificate, înconjurate de invadări ale membranei plasmatice şi se formează în interiorul celulelor corticale. Veziculele sunt structuri intracelulare fungice ce stochează lipide şi nuclei, acţionând ca propagule. Este de menţionat că celula fungică nu contactează citoplasma celulei vegetale. La nivel microscopic se evidenţiază structurile arbusculare ce înconjoară nucleul celulei vegetale, fapt ce demonstrează relaţia intimă ce se stabileşte în cadrul asociaţiei. Procesul de colonizare micorizală a plantei debutează, ca orice tip de interacţie gazdă - celulă microbiană, printr-un schimb de semnale celulare între cei doi parteneri ai simbiozei urmată de aderarea şi pătrunderea fungului în celula vegetală. Natura răspunsului oferit de celula gazdă orientează tipul interacţiei ce se va stabili. Interacţia dintre fungii micorizali şi rădăcină implică o serie de evenimente ce determină modificări importante în morfogeneză datorită formării unui apresorium, apariţia arbusculelor şi diferenţierea veziculelor micorizale (VAM) respectiv a hifelor (ectomicorize). Iniţierea colonizării începe prin germinarea sporilor VAM ce produc hife aseptate ce se vor dezvolta doar în prezenţa celulelor radiculare sau a exudatelor sintetizate de rădăcini. Semnalele chimice ce vor determina iniţierea colonizării şi răspunsul celulei fungice includ o serie de flavonoizi şi compuşi

18

Marschner, P., Baumann, K., 2003. Changes in bacterial community structure induced by mycorrhizal colonization in split-root maize. Plant Soil 251, 279–289.

137

fenolici19. Mai mult, unii autori afirmă că prezenţa acestor semnale chimice sintetizate de celulele rădăcinii pot fi chemoatractanţi pentru miceliile micorizale20. Pentru procesul de colonizare cu VAM s-au propus două tipuri morfologice de colonizare: primul presupune creşterea şi dezvoltarea intercelulară a fungului precum şi penetrarea cortexului radicular, urmat de colonizarea micorizală prin formarea arbusculelor (tipul de colonizare „Arum”). Cel de-al doilea tip implică dezvoltare iniţială intracelulară a hifelor încolăcite prezentând foarte rar structuri arbusculare (tipul „Paris”)21.

Fig. 7. 9 Etapele colonizării celulei vegetale cu fungi micorizali Tipul de interacţie ecto/endomicorizală este determinată de specia gazdă, miceliul fungal colonizând celulele ţesutului epidermal sau ţesutul cortical. Acest fapt demonstrează că celula vegetală controlează creşterea şi dezvoltarea celulei fungale în cadrul simbiozei stabilite între cei doi parteneri, dar mecanismul Pătrunderea fungilor molecular de acţiune rămâne necunoscut22. ecto/endomicorizali este restricţionată de celulele ţesutului cortical. Celula fungică

19

Douds şi colab., 1996; Harrison, 1997 Horan şi Chilvers, 1990 21 S.J. Barker si colab., 1998. 22 Smith S.E., Read D.J. - Mycorrhizal Symbiosis, Ed 2. Academic Press, Londra, 1997. 20

138

nu conţine echipamentul enzimatic necesar pentru a degrada suberina şi lignina din pereţii celulelor endodermale şi nu poate penetra stelul. Ectomicorizele prezintă agregate hifale ramificate ce contactează întreaga suprafaţă a rădăcinii. Contactul între cei doi parteneri ai simbiozei se produce în prezenţa/absenţa rizosferei şi în general, întreaga suprafaţă celulară este competentă pentru adeziunea celulei fungale. Acest fapt explică de ce interacţia ectomicorizală nu este specie specifică. Studiile biochimice efectuate pe parcursul procesului de colonizare a ectomicorizelor au relevat prezenţa unui grup de polipeptide acide cu rol în controlul mecanismelor implicate în realizarea simbiozei. Una dintre aceste polipeptide prezintă secvenţe omoloage cu adezinele de origine animală şi sunt situate la interfaţa dintre manta şi reţeaua Hartig. Mai mult, trei secvenţe genice situate la nivelul genomului P. tinctorius codifică trei hidrofobine diferite. Aceste proteine parietale sunt implicate în formarea corpilor de fructificaţie, în dezvoltarea apresoriumului23 deci în procesul de colonizare a celulelor ţesutului radicular. Toate aceste investigaţii sugerează că adeziunea celulei fungale este un proces foarte important în dezvoltarea şi coordonarea morfogenezei şi semnalizării celulare. Simbioza cu micorize presupune modificări în morfologia rădăcinii plantei dar şi alterări ale organizării citoplasmatice şi conformaţionale ale celulei fungice. Ectomicorizele determină alungirea celulelor radiculare în timp ce arbusculele implică reorganizarea totală citoplasmatică. Aceste modificări sunt conectate cu rearanjări ale citoscheletului24 celulei fungice. Un exemplu îl constituie gena ce codifică α-tubulina (Eg tub A1), a cărei activitate reglează procesele morfogenetice implicate în colonizarea ectomicorizală25. Un alt exemplu este cel al promotorului genei tub 3a, ce codifică α-tubulina de la porumb care amplifică activitatea celulelor arbusculare din rădăcinile transgenice de tutun26. Procesul de colonizare micorizală presupune activarea unor procese enzimatice ce determină liza locală a lamelei mijlocii, cunoscută ca fiind un răspuns de apărare al plantei. Principalele enzime implicate se consideră a fi chitinazele, glucanazele, enzimele participante la biosinteza flavonoizilor şi fitoalexinelor. Pentru VAM se cunosc activări temporare ale acţiunii unor gene implicate în răspunsul de apărare al plantei, respectiv al biosintezei produşilor acestora şi prezenţei fitoalexinelor, dar până în prezent nu s-au putut identifica reacţii clare şi semnificative în inducerea acestor procese27. Elicitorii sintetizaţi de fungii ectomicorizali pot induce reacţii de apărare însă chitinazele plantei îi pot inactiva cu uşurinţă28, fapt ce demonstreză că celula gazdă controlează mecanismele colonizării. 23

Wessels, J.G.H.- Fungal hydrophobins: proteins that function at an interface,1996. Timonen şi colab, 1993 25 Carnero Diaz şi colab., 1996 26 Bonfante P., Bergero R., Uribe X., Romero C., Rigau J., Puidomenech P. – Plant J 9: 737-743, 1996. 27 Harrison, 1997 28 Salzer P., Hubner B., Sirrenberg A., Hager A.-Plant Physiol 114: 957-968, 1997. 24

139

Endomicorizele vezicular-arbusculare reprezintă cel mai complex grup de micorize în care hifele colonizează celulele cortexului radicular. Hifele se ramifică în sol, la suprafaţa extraradiculară, apoi se răspândesc, longitudinal, iniţial intercelular, apoi intracelular astfel: ™ hife intracelulare ce formează bucle, adesea prezente în straturile externe ale parenchimului cortical; ™ hife intercelulare; ™ hife intracelulare cu ramificaţii multiple, cunoscute sub numele de arbuscule; ™ hife hipertrofiate situate intra sau intercelular, denumite vezicule. Informaţiile privind dezvoltarea morfologică a arbusculelor sunt multiple însă, se cunoaşte destul de puţin aspecte privind miceliul extern şi structurile necesare pătrunderii hifei în interiorul celulelor radiculare. Este cunoscut faptul că fungul formează o structură denumită apresoriu. Pereţii hifali au ultrastructură diferită de cea a hifelor intraradiculare. Hifa pătrunde în celula gazdă străbătând spaţiile goale dintre celule, contactând apoi primul strat de celule corticale. Uneori hifele separă pereţii celulelor corticale şi devin intracelulare ajungând la stratul secundar. Hifele intercelulare nu se mai ramifică în această zonă dar formează bucle. Aceste bucle conţin toate organitele celulare majore precum şi acumulări de glicogen şi lipide. Hifa suferă constricţii în urma penetrării peretelui celulei gazdă şi determină împingerea plasmalemei acesteia, formând o regiune interfacială între peretele fungal şi plasmalema gazdei. În apropierea punctului de penetrare se evidenţiază un matrix continuu. Au fost sesizate modificări ale lamelei mijlocii29, sugerând că penetrarea peretelui celulei vegetale este un proces mediat enzimatic nu doar mecanic. Colonizarea se produce apoi rapid, trecând de la o celulă la alta30. În stratul intern al parenchimului cortical, hifa pricipală prezintă dezvoltare intercelulară şi formează arbuscule intracelulare. Acestea se ramifică lateral în celula gazdă şi determină invadarea plasmalemei. Hifa se va ramifica progresiv formând un sistem de hife mai mici. Ulterior arbusculele se golesc de conţinut datorită diferenţierii progresive a septului subapical care va separa aceste structuri . Celula gazdă prezintă un conţinut citoplasmatic dens, cu nuclee cu mai mulţi nucleoli şi sistem Golgi hiperactivat. Plastidele sunt blocate în faza de proplastid31 sau se transformă în cromoplaste, sugerând modificări ale metabolismului glucidelor prezente în celula gazdă. În timpul colonizării vacuolele mari se dezagregă formând unele de dimensiuni reduse. După degradarea fungului, când din peretele celular al acestuia rămân doar câteva fragmente, vacuolele gazdei vor ocupa din nou zona respectivă.

29

Kinden şi Brown, 1975 Grippiolo, 1981 31 Strullu, 1976 30

140

Deşi aceste vezicule au fost studiate în detaliu stadiile de dezvoltare nu au fost determinate experimental. Aceste structuri fungale se găsesc de-a lungul rădăcinii micorizale atât în interiorul cât şi între celule. În interiorul vacuolei fungice se acumulează lipide, în unele cazuri acumularea glicogenului este urmată de creşterea conţinutului lipidic. Între zona extramatriceală şi cea fin arbusculară sunt prezente numeroase vacuole ce conţin granule dense cu diametru de 60-160 nm. Acestea lipsesc în zonele fără conţinut celular. Mulţi fungi endomicorizali, prezintă în citoplasmă, unele bacterii sub forma unor structuri asemănătoare vacuolelor. Aceste bacterii se divid32 şi nu determină simptome citopatice celulei gazdă. Matrixul interfacial format între fung şi gazdă poate avea aspect amorf, granulat şi uneori stratificat, compact şi electrono-dens. Matrixul interfacial conţine glicoproteine. Originea matrixului nu este cunoscută, dar uneori continuitatea cu peretele celular al gazdei remarcată prin electronomicroscopie sugerează provenienţa sa. Aceşti compuşi pot fi identificaţi prin tehnici adecvate de ultracitochimie şi au demonstrat că aceleaşi proteine şi polizaharide se găsesc şi în peretele celulei gazdă. Crearea artificială a micorizelor a fost mult studiată în ultimii ani. S-au obţinut rezultate bune în ceea ce priveşte creşterea plantelor pe soluri care nu prezentau fungi specifici, au fost colonizate plante pe reziduurile unor mine metalifere, ale unor exploatări de cărbune, pe soluri poluate cu Pb, Zn şi Cd 33etc. 4. În regnul animal relaţii de mutualism sunt întâlnite la unele specii de termite care nu pot digera celuloza decât cu ajutorul unor flagelate specializate – Trichonymphidae. 5. Relaţii de tip ajutor mutual: peştii sanitari, creveţii sanitari şi peştele,,client” de pe care înlătură ectoparaziţii, bacteriile şi ţesuturile necrozate34; nagâţul pintenat care curăţă crocodilul de Nil de căpuşe şi de insectele care se adună pe pielea lui solzoasă etc. 6. Polenizarea. La cele mai multe specii dicotiledonate este realizată cu ajutorul insectelor, păsărilor, liliecilor sau mamiferelor mici, care sunt angajate în transferul polenului de la plantă la plantă35. În schimb, polenizatorii beneficiază fie de nectar, fie de ulei sau polenul însuşi ca o sursă de hrană, fie de substanţe chimice complexe care sunt transformate în feromoni sexuali (de exemplu, masculii albinelor Euglossine care polenizează orhideele).

32

Scannerini, S., Bonfante Fasolo P.-Can. J. Bot, 61: 917-943, 1983. Vera Gohre, Uta Paszkovschi, 2006, Contribution of the arbuscular mycorrhizal symbiosis to heavy metal phztoremediation, Planta, 223: 1115-1122. 34 Practic „sanitarii” deţin zone vizitate de peştii ,,clienţi,, care transportă numeroşi paraziţi. Sanitarii au astfel o sursă de hrană iar clienţii sunt feriţi de infecţii. 35 Cresti, M., S. Blackmore, and J. L. Van Went. Atlas of Sexual Reproduction in Flowering Plants. Heidelberg: Springer-Verlag, 1992. 33

141

Unele relaţii între plantă şi polenizator implică o interacţiune strânsă de tip pereche, în care ambele specii depind una de alta36 (Yucca cacti şi molia de Yucca, smochin şi viespea smochinului), iar altele sunt întâmplătoare (polenizatorii recoltează nectarul sau polenul de la orice plantă, de-a lungul anotimpurilor etc.). Alt exemplu, este mutualismul plantă-furnică37. Plantele oferă furnicilor zaharuri şi proteine prin glandele specializate, sau protecţie fizică la baza unor spini (la Acacia, de exemplu), iar acestea la rândul lor asigură apărarea plantelor atacând intens orice intrus. Mutualismul şi adaptarea reciprocă în acest caz a devenit obligatorie, astfel încât speciile implicate nu mai pot exista separat38. 7. Răspândirea seminţelor cu ajutorul rozătoarelor, liliecilor, păsărilor şi a furnicilor39. Uneori sunt răspunzători de dispersia seminţelor chiar prădătorii acestora şi frugivorele care consumă pulpa fructelor şi elimină seminţele în fecale. În pădurile tropicale cca. 75% din speciile arboricole produc fructe cu pulpă ale căror seminţe sunt împrăştiate de animale. Plantele şi-au dezvoltat fructe bogate în energie ca o răsplată, dar şi pentru a încuraja atenţia acordată de frugivore. Nu este considerată relaţie mutuală însă, împrăştierea unor seminţe de către animale în cazul în care acestea se prind de blana lor, întrucât aceasta nu aduce nici un beneficiu animalului (ciulinii, de exemplu). 8. Alerta reciprocă a animalelor etc. Unele mutualisme oferă partenerului o armă de apărare împotriva prădătorilor sau competitorilor. De exemplu, multe specii ierboase au o relaţie mutualistă cu Claviciptacae fungi, în care ciupercile cresc fie în interiorul ţesuturilor plantei, fie pe suprafaţa frunzelor şi produc alcaloizi ce conferă protecţie speciei ierboase împotriva erbivorelor sau prădătorilor de seminţe. 9. Simbioza dintre microorganisme şi insecte40. Insectele şi acarienii sunt adesea asociate cu diferite microorganisme: bacterii, microfungi sau protozoare.

36

Înflorirea este un eveniment sezonier pentru cele mai multe plante şi ca urmare polenizatorii au devenit obligatoriu specializaţi. Un polenizator poate fi complet dependent de o anumită floare ca sursă de hrană şi ca urmare ciclul său de viaţă corespunde sezonului de înflorire a plantei. 37 Ideea acestui tip de relaţie mutuală dintre plantă şi furnică a aparţinut lui Belt, 1874, după ce a observat atacul agresiv al furnicilor asupra speciei Acacia. O descriere detaliată a relaţiei dintre Acacia cornigera şi furnica, Pseudomyrmex ferruginea a fost prezentată de Janzen, D.H. (1967) Interaction of the bull’s-horn acacia (Acacia cornigera L.) with an ant inhabitant (Pseudomyrmex ferruginea F. Smith) in eastern Mexico. University of Kansas Science Bulletin, 47, 315–558. 38 Palmer, T.M., Young, T.P., Stanton, M.L. & Wenk, E. (2000) Shortterm dynamics of an acacia ant community in Laikipia, Kenya. Oecologia, 123, 425– 435. 39 Un review detaliat despre răspândirea seminţelor şi polenizarea ca relaţii de tip mutualist şi modul în care acesta evoluează este realizat de către Thompson J.N., 1995, The Coevolutionary Process. University of Chicago Press, Chicago. 40 Paul Baumann, Chi-Yung Lai,1 Linda Baumann, Dadbeh Rouhbakhsh, Nancy A. Moran, and Marta A. Clark, Mutualistic Associations Of Aphids And Prokaryotes: Biology Of The Genus Buchnera, Applied and Environmental Microbiology, Jan. 1995, P. 1–7 Vol. 61, No. 1 Minireview

142

Termitele şi gândacii xilofagi, incapabili să degradeze celuloza şi lignina, conţin în mod obişnuit protozoare flagelate. Acestea poartă endosimbionţi bacterieni care le oferă o parte din celulazele necesare pentru degradarea substratului nutritiv. 7.2.4. Comensalismul (+ 0) Este o relaţie obligatorie pentru organismul comensal şi indiferentă pentru “gazdă”. Comensalul foloseşte gazda sa pentru a se hrănii, ca adăpost, suport, mijloc de transport sau combinaţii ale acestora.

Fig. 7. 10 Relaţii negative Multe exemple de comensalism le oferă ecosistemele acvatice. De exemplu, în cazul spongierilor, a racilor, cochilia scoicilor se adăpostesc larve de insecte, viermi; relaţia dintre crabi şi scoici etc.. Alte exemple le oferă ecosistemele terestre: plantele agăţătoare folosesc drept suport unii arbori (plantele epiphite) (fig. 7.10); în vizuina bursucului (sau a marmotei) se adăpostesc numeroase specii (coleoptere, şoareci de câmp etc.); în muşuroi profită de condiţiile favorabile, constante şi calde peste 2000 specii comensale sau parazite, stârcul de cireadă (Bubulcus ibis) întâlnit în regiunile tropicale şi subtropicale însoţeşte turmele de copitate pentru a-şi procura cu uşurinţă hrana (insectele din zona capului şi a copitelor acestora) etc. O relaţie ciudată de tip comensal este şi cea dintre actinie şi peştişorul-claun (Amphiprion unimaculatus). Peştişorul neajutorat găseşte adăpost între tentaculele anemonelor. Serviciul lui faţă de actinie însă nu este inocent, deoarece culoarea lui vie atrage atenţia peştilor carnivori, care astfel cad pradă cnidoblastelor anemonei. Ciudat este faptul că anemona acceptă numai 2-3 peştişori care o servesc, restul fiind devoraţi41. 41

F. Lang, citat de Opriş T (1987) afirmă că între cei doi comensali intervin repere sigure de identificare (anumiţi feromoni), ceea ce demonstează posibilitatea comunicării chimice în cazul asociaţiilor interspecifice.

143

În cazul microorganismelor există două categorii de comensali: ectocomensali situaţi pe suprafaţa altor microorganisme, plante sau animale şi endocomensali prezenţi în tubul digestiv la animale. Comensalismul se poate realiza prin modificarea fizică a mediului, sinteza unui nutrient sau factor de creştere esenţial pentru comensal, sinteza unor produşi care induc sau stimulează procese morfogenetice, conversia unor compuşi insolubili în forme solubile sau a unor compuşi solubili în compuşi gazoşi accesibili altor populaţii etc. 7.2.5. Amensalism (- 0), Relaţia nu este obligatorie pentru niciunul din componenţi, însă când se produce, un component (amensalul) este inhibat în creştere sau dezvoltare de unele produse elaborate de partener (substanţe solubile organice – acizi graşi, etanol, toxine, enzime litice etc.) sau anorganice – NH3, H2S, etc.)42. Amensalismul are un caracter unidirecţional, deoarece numai o populaţie produce metaboliţi toxici sau inhibitori. Fenomenul este important din punct de vedere ecologic deoarece determină distribuţia şi mărimea populaţiilor de microorganisme (contribuie la structurarea comunităţii), poate reduce fenomenul de competiţie interspecifică pentru nutrienţi, favorizează colonizarea selectivă a unui habitat, elimină unele microorganisme patogene pentru plante, animale sau om. În practică amensalismul poate fi folosit în tehnicile de conservare a alimentelor43. 7.2.6. Competiţia (- -) Reprezintă efectul negativ al unui organism asupra altuia, ca rezultat al utilizării sau consumării aceleiaşi resurse de mediu (factori ecologici, hrană, apă, loc de reproducţie etc.). De regulă, competiţia apare în mediul suprapopulat. Unii autori afirmă că existenţa competiţiei interspecifice nu este datorată ocupării aceleiaşi nişe, ci consumului aceleiaşi resurse44. În literatură sunt evidenţiate 3 modele ale competiţiei: a. Competiţia prin exploatare (denumită şi competiţia exploatativă sau competiţia resurselor) are loc atunci când diferiţi indivizi sau specii utilizează resurse comune – lumină, hrană, apă, adăposturi. Spaţiul este de asemenea o resursă importantă pentru organismele sedentare, în special plantele terestre, şi organismele acvatice (mai ales cele marine). Utilizarea unei resurse de către un individ sau o specie 42

Exemplul tipic pentru această relaţie este cazul ciupercii Penicillium care produce compuşi antibiotici. Un alt exemplu, este cel al nucului (Juglans regia) care produce iuglandina cu rol inhibitor pentru alte specii. Datorită acestei fitotoxine nucul limitează competiţia pentru resurse. 43 G. Zarnea, op. cit., p. 628. D. M. Richardson, N. Allsopp, C. M. D'antonio, S. J. Milton & M. Réymanek. Plant invasions - the role of mutualisms (2000). Biol. Rev. 75, 65-93. 44 James Patrick Grover, Resource Competition, Springer, 1997, p. 11 şi urm. N. Botnariuc, op. cit.

144

previne utilizarea aceleiaşi resurse de către un alt individ sau specie, iar dacă resursa este limitată, reducerea disponibilitaţi ei va afecta în mod negativ alţi indivizi sau specii. Există două aspecte de reţinut în legătură cu această formă de competiţie. În primul rând, competiţia prin exploatare este un efect indirect deorece efectele competitive sau inhibatoare se manifestă doar atuunci când resursa respectivă îşi micşorează disponibilitatea. În al doilea rând, resursa trebuie să să fie limitatată pentru a determina apariţia competiţiei. De exemplu: în Australia, singurele mamifere răpitoare importante erau două specii de marsupiale: lupul cu pungă (Thylacinus cynocephalus) şi diavolul cu pungă (Sarcophilus satanicus). Odată cu popularea zonei cu triburi venite din Indonezia a fost adus şi câinele Dingo (Canis dingo), care în stare de semisălbăticie a eliminat în întregime marsupialele existente, datorită competiţiei pentru aceeaşi hrană. Într-o pajişte, există competiţie între coada vulpii (Alopecurus pratensis) şi păiuş (Festuca sp.). Festuca în teren umed nu creşte în comunitate naturală cu Alopecurus, pentru că aceasta creşte repede, o umbreşte şi o înăbuşe. În terenuri mai uscate situaţia este inversă. În ecosistemele agricole, plantele agricole şi buruienile intră în competiţie pentru lumină, apă şi elemente nutritive. Marea majoritate a organismelor terestre utilizează oxigen, dar această resursă nu este limitată pentru organismele terestre şi în consecinţă nu există competiţie între organisme pentru această resursă. b. Competiţia prin interferenţă (denumită şi competiţia concurs) are loc atunci când unele organisme împiedică accesul altora la o resursă, chiar dacă resursa nu este limitată. Interferenţa implică în general interacţiuni la nivel chimic sau comportamental între organisme, înainte de utilizarea unei resurse. De reţinut că acest tip de competiţie implică un efect diferit al unui organism asupra competitorilor lui. Atunci când resursele sunt fixate spaţial, ele pot fi apărate prin comportamente teritoriale, ceea ce împiedică accesul altor indivizi sau specii la acele resurse. Acolo unde teritoriile unor specii diferite se suprapun, pot exista interacţiuni comportamentale care duc la realocarea resurselor, cum ar fi un ghepard care renunţă la hrană pentru a evita o confruntare cu un leopard sau un leu. În mod similar, unele specii produc inhibitori chimici de creştere, care reduc ratele de creştere ale altor specii, inhibând astfel abilitaţile lor de a exploata resurse. Gândacii de făină îşi altereaza hrana cu compuşi chimici, înhibând astfel creşterea competitorilor când aceştia o ingerează. În această situaţie, există o înlănţuire complexă a ambelor tipuri de competiţie (exploatare şi interferenţă), iar efectele lor nu se pot separa cu uşurinţă. c. Competiţie indirectă, care se stabileşte între specii cu cerinţe diferite, atunci când una dintre ele consumă o resursă, care pentru altă specie este o condiţie a supravieţuirii. De exemplu, crapul chinezesc introdus în apele noastre, consumă macrofitele acvatice, care constituie substratul de depunere al icrelor la mulţi peşti, hrana pentru unele nevertebrate sau adăpost etc. Competiţia este cea mai controversată formă a relaţiilor dintre specii: 145

unii autori vorbesc despre efectul negativ al competiţiei pentru anumiţi indivizi, ™ alţii îi atribuie un rol primordial în evoluţie (Darwin Ch.), ™ iar alţii o consideră un fenomen real în condiţii naturale, cu rol deosebit în diversificarea adaptivă a speciilor, fără însă a fii îngrijoraţi de introducerile bruşte ale unor specii care pot avea efecte catastrofale. În natură, de-a lungul timpului, speciile s-au adaptat la o viaţă în comun (coevoluţie). De regulă, competiţia este atenuată prin specializarea extremă a nişelor. De exemplu, în pădure, competiţia este constantă la toate nivelurile: arborii cresc cu viteze diferite faţă de vegetaţia ierboasă (de exemplu, pinul numai ajuns la maturitate va determina dispariţia ierburilor de sub coroana lui); rădăcinile se vor dezvolta în straturi pentru a exploata diversele resurse etc. La mijlocul anilor 1920, un model matematic simplu al competiţiei între specii a fost conceput de Alfred James Lotka, un chimist interesat de modelarea proceselor biologice şi Vito Volterra, un matematician italian. Modelul competiţional Lotka-Volterra este o extensie simplă a modelului logistic de dezvoltare pentru o pereche de specii, care sunt notate cu N1 şi N2. Când cele două specii se dezvoltă independent, creşterea populaţiei acestora este redusă de competiţia intraspecifică după cum urmează: ⎛ K − N1 ⎞ δN1 ⎟⎟ = r1 N1 ⎜⎜ 1 7.1 δt ⎝ K1 ⎠ ™

⎛ K − N2 ⎞ δN 2 ⎟⎟ = r2 N 2 ⎜⎜ 2 δt ⎝ K2 ⎠

7.2

Aceste ecuaţii sunt simple modificări a ecuaţiei 6.30. Atunci când cele două specii se dezvoltă împreună, rata de dezvoltare a fiecărei specii este redusă şi de prezenţa celeilalte, adică de competiţia între specii. Lotka şi Volterra au modificat cele două expresii de mai sus obţinând relaţiile: ⎛ K − N1 − α ⋅ N 2 ⎞ δ N1 = r1 N1 ⎜ 1 7.3 ⎟ δt K1 ⎝ ⎠ ⎛ K − N 2 − β ⋅ N1 ⎞ δ N2 = r2 N 2 ⎜ 2 ⎟ δt K2 ⎝ ⎠ în care, K R α,β, N

7.4

– capacitatea de suport – viteza de creştere – coeficienţi de competitivitate – numărul (densitatea) indivizilor

Comparând ecuaţiile 7.3 şi 7.4 cu ecuaţiile 7.1 şi 7.2 se observă existenţa unor termeni suplimentari de forma β·N. 146

Coeficienţii de competitivitate α şi β cuantifică influenţa indivizilor unei specii asupra vitezei de creştere a celeilalte specii. De exemplu, dacă fiecare individ al speciei 2 are acelaşi efect ca 2,5 indivizi ai speciei 1 asupra ratei de creştere a speciei 1, α va fi egal cu 2,5. Putem exprima această relaţie după cum urmează: efectulunui individ din specia 2asupra cresteriispeciei1 α= 7.5 efectul unui individ din specia1asupra cresteriispeciei1

efectulunui individ din specia1asupra cresteriispeciei 2 7.6 efectul unui individ din specia 2asupra cresteriispeciei 2 Pentru a determina rezultatul competiţiei între două specii, ecuaţiile 7.3 şi 7.4 trebuie rezolvate simultan. Acest lucru se realizează prin determinarea punctului de echilibru al densităţii populaţiilor în momentul în care cele două specii ating densitătile de saturaţie combinate şi nu se mai constată nici o creştere a acestora (δN1 / δt şi δN2 / δt = 0). Această condiţie este îndeplinită atunci când numărătorii termenilor în paranteze din ecuatiile 7.3 şi 7.4 sunt egali cu 0. Atunci când δN1 / δt = 0, K1 – N1 – αN2 = 0, deci la punctul de echilibru: 7. N 1 = K 1 − αN 2 7 Similar: 7. N 2 = K 2 − βN1 8 Ecuaţiile 7.7 şi 7.8 pot fi reprezentate în mod grafic (fig. 7.11) prin isocline zero. β=

Fig. 7. 11 Reprezentarea isoclinelor pentru competiţia a două specii – modelul Lotka-Voltera. Din figură se observă că dacă specia 2 nu este prezentă în ecosistem, specia 1 va creşte până la saturaţie (K1), în timp ce în prezenţa speciei 2, densitatea speciei 1 va fi mai mică (N1 va scădea la 0 când α·N2 = K1). 147

Un raţionament similar ne va conduce la concluzia că în absenţa speciei 1 (N1=0), N2 va creşte până la valoarea K2, în timp ce, în prezenţa speciei 1, densitatea speciei 2 nu va atinge decât valoarea K2 / β. În plus, fiecare specie va creşte în densitate aunci când densităţile combinate ale celor două specii se situează la stânga isoclinei zero, dar va scădea în densitate atunci când densităţile combinate ale celor două specii se situează la dreapta isoclinei zero. Dacă densităţile combinate ale celor 2 specii sunt situate în stânga isoclinei, speciile vor creşte până la atingerea unei densităţi ce se află pe isoclină, în timp ce, dacă într-un ecosistem sunt introduse două specii cu o densitate totală ce se situează în grafic în dreapta (deasupra) isoclinei, densitatea celor 2 specii va scădea până va atinge isoclina. Modificarea densitatii speciilor este reprezentată în fig.7.11 Densităţile de echilibru au fost determinate în mod separat pentru fiecare specie, dar densitatea de echilibru a speciei 1 depinde de densitatea de echilibru a speciei 2, si vice-versa. Pentru a înţelege dinamica combinată a celor două specii, vom combina cele două grafice, şi se va putea observa că sunt patru combinaţii posibile ale celor două isocline, care reprezintă patru rezultate posibile ale competiţiei aşa cum sunt ele prevăzute de ecuaţiile Lotka-Volterra (fig 7.12).

Fig. 7. 12 Cele patru poziţii posibile ale izoclinelor 148

Biologul rus Gause a folosit modelul Lotka şi Volterra pentru a studia competiţia dintre două specii de drojdie, Saccharomyces cerevisiae şi Schizosaccharomyces kephir (S. pombe), la începutul anilor 1930. Mai întâi, acesta a cultivat cele două specii separat şi le-a determinat parametrii de creştere conform modelului logistic pentru a estima valorile r şi K pentru fiecare specie. Apoi cele două specii au fost cultivate împreună, şi au fost estimaţi coeficienţii de competitivitate, α şi β, în baza modului în care curbele de creştere s-au modificat. Acest lucru a fost făcut pentru culturi crescute atât în condiţii aerobe cât şi anaerobe, iar rezultatele obţinute sunt cele din tabelul 7.1. Dacă folosim aceste date pentru a prevedea rezultatele competiţiei (Fig 7.13), modelul prevede că Saccharomyces va elimina Schizosaccharomyces în condiţii aerobe datorită caracteristicilor de creştere superioare (respectiv valorile r şi K) şi a faptului că pentru cele două specii coeficienţii de competitivitate sunt similari. Tabelul 01 Parametrii modelului logistic/Lotka Volterra pentru Saccharomyces cerevisiae si Schizosaccharomyces kephir Coeficient Producţie K r de realativa de competiţie alcool Condiţii aerobe Saccharomyces (sp, 1) 9,80 0,28769 α = 1,25 1,25 Schizosaccharomyces (sp, 2) 6,9 0,189 39 β = 0,85 0,80 Condiţii anaerobe Saccharomyces (sp. 1) 6,25 0,215 29 α = 3,05 2,08 Schizosaccharomyces (sp. 2) 3,0 0,043 75 β = 0,40 0,48

Fig. 7. 13 Rezultatul competiţiei dintre Saccharomyces cerevisiae (linie continuă) şi Schizosaccharomyces kephir (linie punctată) conform modelului Lotka-Volterra (parametrii din tabelul 7.1) 149

Cu toate acestea, în condiţii anaerobe, se prevede că Schizosaccharomyces va elimina Saccharomyces datorită faptului că abilităţile competitive crescute ( α este cu mult mai mare decât β) compensează caracteristicile de creştere inferioare (valorile r şi K). În fiecare caz, isoclina 0 a uneia dintre specii se situează la dreapta celeilalte (Fig 7.13) şi astfel această poate continua să crească în densitate în defavoarea celeilalte specii. La un moment dat este posibilă eliminarea uneia dintre specii de către cealaltă. Orizaephilus În realitate, niciuna dintre specii nu a fost eliminată surinamensis întrucat cele două specii au intrat într-o fază de inactivitate în momentul în care s-au aproapiat de valoarea densităţii de saturaţie combinată. Competiţia între diferite specii de gândaci de făină a fost studiată în mod extensiv de către Park, Mertz, Dawson şi alţii. Gândacii de făină reprezintă subiecţi experimentali ideali pentru că sunt mici, având 4 - 5 milimetrii în lungime la vârsta adultă şi îşi pot completa întregul ciclu de viaţă în mici recipiente cu făină. Pot fi număraţi în cernerea făinei şi e posibil să se facă experimente repetabile prin păstrarea mai multor recipiente în camere cu mediu controlat. În unul din aceste experimente, Park (1962) a studiat creşterea unor populaţii formate din specii singulare şi amestecate de Tribolium confusum şi Tribolium castaneum în condiţii de temperatură şi umiditate diferite (Tabelul 7.2). Tribolium confusum a eliminat totdeauna Tribolium castaneum la 24o C şi 30% umiditate relativă (cazul 1) în timp ce la 34o C şi 70% umiditate relativă Tribolium castaneum a eliminat totdeauna Tribolium confusum (cazul 2).

Fig. 7. 14 a) Rezultatul competeţiei între T. confusum (linie continuă) şi T. castaneum (linie punctată) crecute la 24oC şi umiditate relativă 70%, conform modelului Lotka Volterra- traiectoriile densităţilor sunt reprezentate prin săgeţi b) Rezultatul competeţiei între cele două specii când densităţile iniţiale sunt diferite (densităţile iniţiale pentru T. confusum sunt reprezentate prin cercuri, densităţile iniţiale pentru T. castaneum sunt reprezentate prin cruci (Park 1962.) 150

Cu toate acestea, la temperaturi şi grade de umiditate intermediare niciuna dintre specii nu o poate elimina pe cealaltă cu toate că Tribolium confusum câştigă mai frecvent la nivele de temperatură şi umiditate mai scăzute în timp ce Tribolium castaneum câştigă mai frecvent la nivele de temperatură şi umiditate mai ridicate (Tabelul 7.2). La 24o C şi 70% umiditate relativă, capacitatea de suport pentru Tribolium confusum a fost K1=220, iar pentru Tribolium castaneum K2=340. Coeficienţii de competitivitate au fost α = 1 şi β = 2,2, Pe baza acestor parametri s-au putut construi isoclinele 0 pentru această interacţiune (Fig. 7.14a). Se poate observa că modelul prevede că oricare dintre specii poate câştiga în funcţie de densitaţile iniţiale şi vitezele relative de creştere.

Rhizopertha dominica

Tabelul 7.2. Densitatea (%) la care Triboluim confusum a eliminat T. castaneum în funcţie temperatură şi umiditate (Park 1962) Temperatură Umiditate relativă 30% 70% 71% 24 oC 100% o 14% 29 C 87% 0% 34 oC 90% Park a crescut culturi începând cu diferite combinaţii de densităşi ale celor două specii (Fig.7.14) şi a arătat că una dintre specii va elimina totdeauna pe cealaltă dacă densităţile iniţiale erau în favoarea sa. Cu toate acestea, a existat o zonă de densităţi intermediare, pe care a denumit-o zonă intermediară, în care nu a fost posibilă predicţia speciei câştigătoare. În această zonă, evenimente accidentale au determinat în mod probabil care dintre specii avut o rată de creştere mai mare decât cealaltă astfel încât a copleşit şi în final eliminat cealaltă specie. Procesul competiţional dintre aceste două specii este complex. Pe de-o parte, consumul sursei de hrană (făina) este afectat de producţia de inhibitori eliberaţi de cele două specii, iar pe de altă parte, fiecare specie are un comportament prădător, preferând ouăle şi pupele speciei concurente. Park a considerat că acest comportament prădător reciproc este un tip de competiţie de interferenţă. Două specii vor coexista în echilibru stabil atunci când fiecare specie îşi va inhiba propria dezvoltare mai mult decât va inhiba dezvoltarea celeilalte specii, adică competiţia intraspecie este mai puternică decât competiţia interspecie în cazul ambelor specii. Un exemlu al acestui tip de competiţie este oferit de Oryzaephilus şi Rhizopertha când cresc în grâu (Crombie 1945). Într-un set de experimente, parametrii modelului au fost K1=330 (Rhizopertha), K2=440 (Oryzaephilus), α = 0.235, respectiv β = 0.12. Rezultatul este prezentat în Fig. 7.15. Larvele de Rhizopertha trăiesc, se hrănesc şi devin pupe în 151

interiorul crăpăturilor boabelor de grâu, pe când larvele de Oryzaephilus trăiesc şi se hrănesc la suprafaţa boabelor. Adulţii ambelor specii trăiesc şi se hrănesc la suprafaţa boabelor de grâu. Diferenţa dintre obiceiurile de hrănire ale larvelor şi un nivel redus al comportamentului prădător al speciei Oryzaephilus asupra ouălor şi pupelor de Rhizopertha permite celor două specii să coexiste într-un echilibru stabil. Importanţa reducerii comportamentului prădător asupra pupelor a fost demonstrat şi în competiţia dintre Tribolium confusum şi Oryzaephilus. Tribolium a eliminat întotdeauna Oryzaephilus din făină, dar când în făină au fost introduse tuburi capilare, s-a obţinut coexistenţa stabilă a celor două specii. Specia mai mică, Oryzaephilus, a putut atinge stadiul de pupă în tuburile capilare şi astfel a fost ferită de prădare. Condiţiile pentru acest cazul pot fi obţinute din intersecţia izoclinelor 0. Putem observa că K1< K2 / β şi astfel β < K2 / K1, şi K2 < K1 / α, şi astfel α < K1 / K2. În mod normal, efectele competiţiei intraspecie sunt mai mari decât acele ale competiţiei interspecii.

Fig. 7. 15. Rezultatul competeţiei dintre Rhizopertha (linie continuă) şi Oryzaephilus (linie punctată),conform modelului Lotka–Volterra. (Crombie 1945.) Atunci când α = K1 / K2 şi β= K2 / K1, izoclinele 0 ale celor două specii coincid, iar modelul prevede că cele două specii pot coexista într-o zonă de densităţi de echilibru în funcţie de densităţile iniţiale şi ratele relative de dezvoltare. Tabelul 7.3 Parametri de creştere pentru Paramecium aurelia şi Paramecium caudatum (Gause 1934) Parametrul Paramecium aurelia Paramecium caudatum Capacitatea de suport K2=64 K1=105 Rata de creştere intrinsecă r2=0,7944 r1=1,1244 Coeficientul competiţional α=1,64 β=0,61 Gause (1934) a examinat competiţia dintre Paramecium aurelia şi Paramecium caudatum care pare să se conformeze acestei situaţii (Tabelul 7.3, Fig 7.16, fig. 7.17). 152

Deşi modelul Lotka – Volterra prevede că cele 2 specii vor coexista, Paramecium caudatum a fost eliminat din culturile mixte în aproximativ a şaisprezecea zi. Motivul principal pentru eliminarea speciei Paramecium caudatum de către Paramecium aurelia are legătură cu prelevarea de mostre zilnice din culturi pentru estimarea densităţilor lor, pentru a parafraza din Gause (1934): Biomasa fiecărei specii a fost redusă zilnic cu 1/10. Dacă speciile ar fi avut proprietăţi similare, pentru fiecare dintre ele s-ar fi constatat o creştere cu 1/10 şi nu ar fi existat nici o alterare a densităţilor relative ale celor două specii. Cu toate acestea, dacă una dintre specii se dezvoltă mai rapid decăt cealaltă, va reuşi nu numai să recâştige ceea ce a pierdut dar şi să preia o parte din resursele de hrană ale celeilalte specii. În concluzie fiecare „mişcare elementară” a populaţiei duce la o diminuare a biomasei speciei care creşte mai încet şi cauzează dispariţia ei completă după o anumită perioadă de timp.

Fig. 7. 16 Influenţa competiţiei asupra curbelor de creştere pentru Paramecium aurelia şi Paramecium caudatum Populaţiile sunt reduse atât datorită prădătorilor cât şi de perturbările accidentale ale ecosistemului, iar abilitatea lor de a se reface în urma acestor reduceri influenţează în mod indiscutabil rezultatul competiţiei dintre specii. Trebuie subliniat că modelul Lotka – Volterra ţine seama doar de parametrii de creştere şi coeficienţii competiţionali (α şi β) pentru a prevedea rezultatul competiţiei. Acesta este principalul motiv pentru care s-a încercat modificarea modelului Lotka Volterra prin introducerea unor parametri suplimentari care să modeleze şi răspunsul populaţiei la perturbaţii. 153

Fig. 7. 17 Rezultatul competeţiei dintre Paramecium aurelia şi P. caudatum, conform modelului Lotka–Volterra. (Gause 1934.) Astfel, Slobodkin (1961) a modificat modelul de bază Lotka–Voltera prin introducerea unui factor de înlăturare nonselectiv (m), şi a arătat că ratele de creştere relative ale celor două specii pot fi importante în determinarea rezultatului competiţiei. El a modificat ecuaţiile modelului Lotka-Volterra înlăturând o proporţie (m) din fiecare populaţie la un anumit interval de timp şi a obţinut următoare pereche de ecuaţii: ⎛ K − N 1 − αN 2 ⎞ δN 1 ⎟⎟ − mN1 = r1 N1 ⎜⎜ 1 7.9 δt K1 ⎝ ⎠ ⎛ K − N 2 − βN1 ⎞ δN 2 ⎟⎟ − mN 2 = r2 N 2 ⎜⎜ 2 K2 δt ⎝ ⎠

7.10

Dacă factorul de înlăturare este selectiv, cum ar fi un prădător care mănâncă mai mult dintr-o specie decât din alta, îl putem totuşi conforma modelului nostru operând reducerea necesară ratei de creştere, r, a speciei cu rata de înlăturare mai mare. Se obţine astfel un model tridimensional în care numărul de indivizi ai speciei 1 (N1) şi speciei 2 (N2) variază atât în funcţie de rata de înlăturare (m) cât şi de interacţiunea competitivă dintre cele două specii (figura 08). Rezultatul competiţiei se determină în acelaşi mod ca şi pentru modelul simplu Lotka–Voltrrra, prin calcularea condiţiilor de echilibru atunci când δN1 / δt şi δN2 / δt = 0. Atunci când δN1 / δt = 0, ecuaţia 17.11 poate fi simplificată: ⎛ m⎞ N1 = K1 ⎜⎜1 − ⎟⎟ − αN 2 ⎝ r1 ⎠

7.11

154

Fig. 7. 18 Modelul Slobodkin, în care se ţine seama de înlăturarea speciilor cu rata m Cele trei isocline zero pot fi derivate din acestă expresie după cum urmează: atunci când m = 0, N1 = K1 − α N2, care corespunde modelului Lotka – Volterra; atunci când N2 = 0, N1 = K1 (1 – m/r1); şi atunci când N1 = 0, N2 = (K1/α) (1 – m/r1). În mod similar, punctele de intersecţie pe cele trei axe se obţin după cum urmează: atunci când N2 şi m = 0, N1 = K1; atunci când N1 şi m = 0, N2 = K1/α; şi atunci când N1 şi N2 = 0, m = r1 (vezi Fig. 7.18). Isoclinele 0 ţi intersecţiile pentru specia 2 se obţin în acelaşi mod. Cele trei isocline pentru fiecare specie stabilesc limitele isoplanurilor care sunt descrise în ecuaţia. 17.11 şi expresia similară scrisă pentru specia 2. Atunci când operează un factor de înlăturare (ex. m > 0), isoplanul 0 al speciei 1 se află în afara celui al speciei 2 şi astfel modelul prevede că specia 2 va fi eliminată. Astfel, modificarea lui Slobotkin explică foarte clar observaţiile lui Gause pentru Paramecium aurelia şi Paramecium caudatum deoarece Paramecium aurelia are rata de creştere mai ridicată. Includerea factorului de înlăturare schimbă rezultatul competiţiei pentru a favoriza specia cu cea mai mare rată de creştere (r). Acelaşi lucru este valabil şi pentru cazurile anterioare dar numai la valori mari ale lui m. Slobodkin (1961) a realizat verificarea experimentală a predicţiei conform căreia existenţa unui factor de înlăturare nonspecific poate promova coexistenţa a două specii care în mod normal (la m=0) nu coexită. De exemplu, în cazul speciilor hidra verde (Hydra viridissima) şi hidra brună (Hydra littoralis), hidra brună a fost invariabil eliminată de către hidra verde pentru că ultima poate folosi o sursă suplimentară de hrană, asigurată de simbioza cu algele verzi. Cu toate acestea, atunci când un procent fix de animale nou născute din fiecare specie a fost înlăturat, cele două populaţii s-au stabilizat şi au putut coexista pe durata experimentului. În mod similar, s-a observat că gărgăriţa de fasole azuki 155

(Callusobruchus chinensis) a eliminat întotdeauna gărgărita de mazăre (Callusobruchus quadrimaculatus) atunci când cele două specii erau menţinute pe fasole azuki. Dar dacă o viespe parazită (Neocatolaccus mamezofagus) se adaugă culturilor, ambele specii au coexistat pentru o perioadă de timp indefinită. Viespea nu prezintă vreo preferinţă pentru una dintre cele două gărgăriţe. Modelul Slobodkin ne arată că este probabil ca două specii să coexiste dacă competiţia interspecii este scăzută în raport cu competiţia intraspecie, în timp ce dacă competiţia interspecii este ridicată raportat la competiţia intraspecii, una dintre specii va fi eliminată de către cealaltă. Aceste predicţii generale pot fi modificate de capacităţile relative de reproducere ale celor două specii. Introducerea unui factor de înlăturare precum un prădător sau perturbări de ordin fizic, poate să promoveze sau să reducă probabilitatea coexistenţei în funcţie de raportul de capacităţi competitive şi ratele de creştere a populaţiei. Critica principală adusă modelului Lotka-Volterra şi/sau celui modificat de Slobodkin este capacitatea redusă de predicţie pentru comportarea populaţiilor în ecosistemele reale (Keddz 1989). Condiţiile de mediu variază atât în spaţiu cât şi în timp astfel încât capacităţile reproductive şi coeficienţii de competitivitate nu vor fi constanţi ci variabili. Mai mult, în numeroase cazuri, mărimea fizică sau structura clasei de vârstă a populaţiei poate avea o influenţtă profundă asupra abilităţii sale competiţionale, iar aceasta poate varia de asemenea considerabil în timp. În urma anlizei modelului Lotka-Volterra şi a modificării acestuia de către Slobodkin putem concluziona că două specii pot coexista dacă compeţiţia interspecifică este redusă în raport cu cea intraspecifică, în timp ce dacă compeţia interspecifică este mult mai importantă decât cea intraspecifică, una din specii o va elimina pe cealaltă. Aceste concluzii generala se pot fi modifica dacă necesităţile nutriţionale ale celor două specii sunt foarte diferite sub aspect cantitativ (asthel încât capacitatea de suport a mediului pentru cele două specii diferă semnificativ). Introducerea unui factor de înlăturare nespecific (prădătorismul, condiţii de mediu neprielinice-îngheţ, inundaţii), poate fi să reducă şansa coexistenţei speciilor, fie să o mărească, în funcţie de raportul dintre abilităţile competitive ale speciilor (cuantificate prin coeficienţii de competitivitate) şi viteza de creştere a populaţiei. La valori mici ale lui m, cel mai important factor este reprezentat de coeficientul de competitivitate, însă la valori mari, rezultatul competiţiei va depinde de vitezele de creştere ale celor două specii. La valori medii ale parametrului m, avantajul competitiv al unei specii poate fi contrabalansat de viteza de creştere mai mare a celeilalte. 7.2.7. Prădătorism (+ -) Relaţie obligatorie, cu efect pozitiv pentru prădători şi negativ pentru pradă. Pornind de la definiţia,,prădării” (consumarea în întregime sau a unor părţi dintr-un alt individ –prada) se poate spune că prădători sunt: erbivorele, carnivorele sau omnivorele. În funcţie de dietă (hrană), unii prădători sunt extrem de specializaţi, 156

alţii, din contră, au o dietă mai generalizată (în general, erbivorele sunt mai specializate decât carnivorele). 7.2.7.1. Modelul Lotka-Volterra Un model clasic, foarte simplu, capabil să descrie interacţiunile implicate de relaţia pradă-prădător este modelul Lotka-Volterra, realizat în mod independent de Alfred Lotka (1925) şi Vito Volterra (1926).Acest model permite cuantificarea dinamicii populaţiilor de prădători şi a prăzii într-un ecosistem. Dacă notăm cu H numărul indivizilor din populaţia ce constituie prada şi cu P numărul prădătorilor, variaţia numărului de indivizi din cele două specii în timp (sau a densităţii acestora) poate fi descris de sistemul de ecuaţii: δH = rH − aHP 7.12 δt

δP = cHP − dP δt

în care, r H P A C

D

7.13

– viteza intrinsecă de creştere naturală a populaţiei prăzii – numărul de prădători – numărul de indivizi din specia prădată – rata de atac a prădătorilor – coeficientul de conversie (eficienţa conversiei) de la biomasa prăzii la cea aprădătorilor – viteza de dipariţie (moarte) a prădătorilor

Examinarea acestui sistem de ecuaţii diferenţiale relevă faptul că el include câteva ipoteze şi caracteristici particulare: 1.în absenţa prădătorilor, populaţia prăzii creşte exponenţial (când aHP=0, δH/δt = rH), deşi ar fi mai corect să descriem evoluţia populaţiei prăzii în absenţa prădătorilor printr-o curbă sigmoidă 2. numărul disparişiilor prăzii datorită prădătorismului (aHP) este o fracţie contantă din produsul între densitatea prăzii şi cea a prădătorilor (adică vom avea acelaşi număr de prăzi moarte dacă în ecosistem există 1 pradă şi 100 prădători şi 100 prăzi şi un singur prădător); expresia numărului de dispariţii ale prăzii se bazează pe ipoteza că prădătorul şi prada se deplasează aleator, numărulîntâlnirilor dintre cele două specii va fi dat de produsul dintre densităţile lor; dacă o fracţie constantă din aceste întâlniri se termină cu moartea prăzii (această funcţie poate fi îmbunătăţită astfel încât să ia în considerare gradul de săturare al prădătorilor) 3.viteza de creştere a prădătorilor este proporţional cu eficienţa transformării biomasei prăzii (cHP este proporţional cu aHP); nu exită altă limitare a creşterii prădătorilor (cum ar fi de exemplu teritoriul-spaţiul) 4. viteza de dispariţie a prădătorilor este constantă, deşi ar fi mai corect să fie corelată cu cantitatea de hrană (pradă) consumată. 157

Pentru analiza modelului Lotka-Volterra se porneşte de la obţinerea expresiilor pentru izoclinele zero, adică a populaţiilor de echilibru în cazul în care populaţiile prăzii şi prădătorilor nu se modifică în timp. Pentru populaţia prăzii: δH = 0 ⇒ rH − aHP = 0 7.14 δt P=r a Numărul de prădători (P) necesar pentru menţinerea constantă a populaţiei prăzii depinde de viteza de creştere a prăzii (r) şi de rata atacurilor. Dacă numărul prădătorilor este mai mare decât r/a, densitatea prăzii va scădea, în timp ce dacă P400 g/m2 1-30 g/m2 20-400 g/m2 0,5-12,5 g/m2

Pentru diverse accepţiuni asupra fertilităţii solului a se vedea Gh. Ştefanic şi colab, op. cit., p. 101-108.

294

macrofaună

Bacterii

Ciuperci

Alge

Râme, miriapode

11 6

10 – 103/m2 20-700/m2 Microflora solului > 1 cm

Indispensabil e funcţionării 0,01-0,05 ciclului 108 – 109/g sol mm carbonului şi a azotului Degradare 104 materie genoti< 1 micron 104 – 106/g sol organică puri moartă microbiene Capabile să diferite realizeze /g de sol materie organică 0,2 mm 102 – 104/g sol plecând de la elemente minerale fără fotosinteză După R. Chaussod, 19969, M.C.Girard, 200510

2-200 g/m2

100-150 g/m2

5-20 g/m2

Bacteriile denitrificatoare (Pseudomonas) folosesc HNO3 în calitate de acceptor de electroni de la glucoză. Drept acceptor de electroni poate servi şi ionul sulfat, iar bacteriile specializate îndeplinesc procesul de desulfofixare. H2SO4 + 4{2H} → H2S + 4H2O Bacteriile autotrofe îndeplinesc în sol procese de oxidare a compuşilor minerali – produse vitale ale bacteriilor heterotrofe. De exemplu, bacteriile aerobe realizează procesele nitrificatoare: 2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2 O (Nitrosomonas) 2HNO2 + O2 → 2HNO3 (Nitrobacter) Sulfobacteriile, care sunt foarte răspândite în sol, transformă H2S, S şi tiosulfaţii în H2SO4 (procesul de fixare a sulfului): 2H2S + O2 → 2H2O + S S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4. Ferobacteriile, deosebit de numeroase în solurile mlăştinoase, determină oxidarea sărurilor cu conţinut de Fe: 9

Chaussod R., 1996. « La qualité biologique des sols : évaluations et implications », Etude et gestion des sols. Vol.3, nr. 4, pp. 261-278; 10 Girard M. C., Walter C., Rémy J. C. et al., 2005, Sols et environnement. Paris, Dunod, p. 832 (Sciences sup).

295

4FeCO3 + O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3 + 4CO2. Aceleaşi bacterii pot oxida şi sărurile de Mn. În sol există multe bacterii fixatoare de azot care trăiesc de sine stătător (azobacterul aerob şi clostridiul anaerob). Pe resturile organice trăiesc bacterii saprofite heterotrofe şi ciuperci. Ciupercile microscopice, care în condiţii aerobe pot descompune celuloza, lignina şi alţi compuşi organici stabili, participă la mineralizarea humusului. Împreună cu bacteriile şi ciupercile, în sol se mai dezvoltă şi o mulţime de alge, în special în stratul superficial şi pe plante. Depinzând de tipul de sol, populaţia de alge poate varia de la zeci de mii de celule până la câteva milioane într-un gram de sol. Fertilitatea solului se apreciază după conţinutul de humus. 15.2. Solul - funcţii Solul este un sistem deschis şi o resursă esenţial neregenerabilă ce îndeplineşte multe funcţii (economice, sociale, culturale şi de protecţie a mediului) şi furnizează servicii vitale pentru activităţile umane şi pentru supravieţuirea ecosistemelor. Aceste funcţii sunt: ™ producţie de biomasă, inclusiv în agricultură şi în domeniul silvic; ™ depozitare, filtrare şi transformare a nutrienţilor, substanţelor şi apei; ™ zone de biodiversitate, cum sunt habitatele, speciile şi altele; ™ mediu fizic şi cultural pentru populaţie şi activităţi umane; ™ sursă de materii prime; ™ sursă de cărbune; 11 ™ patrimoniu geologic şi arheologic . 15.3. Clasificarea terenurilor în România În legislaţia naţională, în funcţie de destinaţia lor, terenurile se împart în mai multe categorii: ™ terenuri cu destinaţie agricolă; ™ terenuri cu destinaţie forestieră; ™ terenuri aflate permanent sub ape; ™ terenuri din intravilan, aferente localităţilor urbane şi rurale pe care sunt amplasate construcţiile, alte amenajări ale localităţilor, inclusiv terenurile agricole şi forestiere; ™ terenuri cu destinaţii speciale cum sunt cele folosite pentru transporturile rutiere, feroviare, navale şi aeriene, plajele, rezervaţiile, monumentele naturii, ansamblurile şi siturile arheologice şi istorice etc. Din figura 15.2 se remarcă faptul că în anul 2005 ponderea principală o deţin terenurile agricole (61,84 %), urmate de păduri şi de alte terenuri cu vegetaţie 11

Pentru detalii a se vedea G. Zarnea, op. cit, p. -600-601 şi http://www.iuss.org – Solul epiderma vie a Pământului.

296

forestieră (28,28 %). Alte terenuri ocupă 9,88 % din suprafaţa ţării (ape, bălţi, curţi, construcţii, căi de comunicaţie, terenuri neproductive). Suprafaţa terenurilor arabile ocupă 63,9% din totalul suprafeţei agricole, iar restul se repartizează între păşuni (circa 22,82 %), fâneţe (circa 10,28 %), vii (1,52%) şi livezi (1,48%). Ca urmare a creşterii indicelui demografic, în ultimii 65 ani, suprafaţa arabilă pe locuitor a scăzut de la 0,707 ha în anul 1930 la 0,43 ha în anul 2005. Calitatea terenurilor agricole cuprinde atât fertilitatea solului, cât şi modul de manifestare a celorlalţi factori de mediu faţă de plante. Din acest punct de vedere, terenurile agricole se grupează în 5 clase de calitate, diferenţiate după nota de medie de bonitare (clasa I – 81-100 puncte...... clasa a V-a – 1-20 puncte). Clasele de calitate ale terenurilor dau pretabilitatea acestora pentru folosinţele agricole. Cele mai multe terenuri se grupează în domeniul claselor de calitate a II-a şi a III-a. Practic în clasa I de calitate la arabil intră 8,77% din totalul terenurilor, restul claselor prezentând diferite restricţii. În cazul păşunilor şi al fâneţelor majoritare sunt clasele III-V, în cel al viilor, clasele II-IV, iar al livezilor, clasele IIIV. 3,73

28,28

61,84

1,64 1,95 2,76

ape şi bălţi

păduri şi alte terenuri forestiere

drumuri şi căi ferate construcţii

alte suprafeţe terenuri agricole

Fig. 15. 2 Repartiţia terenurilor din România pe categoriile de folosinţă (%) – anul 2005 (sursa – www.anpm.ro) 15.4. Ameninţări În ultimele decenii, solul se află sub o presiune crescândă, condusă sau exacerbată de activitatea umană (practicile agricole şi silvice necorespunzătoare, dezvoltarea industrială sau urbană şi turismul). Aceste activităţi afectează negativ capacitatea solului de a-şi exercita în deplină capacitate varietatea funcţiilor sale. În plus, degradarea solului are un impact puternic şi asupra altor zone precum: apa, sănătatea populaţiei, schimbările climatice, protecţia naturii şi a biodiversităţii şi 297

securitatea alimentară. În anul 2002, prin Comunicarea "Către o Strategie Tematică pentru Protecţia Solului"12, Comisia a identificat principalele opt ameninţări cu care se confruntă solul UE. Acestea sunt: ™ eroziunea –115 mil. ha (circa 12% din suprafaţa terestră totală a Europei) sunt afectate de eroziune hidrică şi 42 mil. ha sunt afectate de degradarea produsă prin eroziunea datorată vântului. Degradarea gravă priveşte 2% din suprafaţă. ™ declinul materiei organice – materia organică a solului joacă un rol determinant în ciclul carbonului. Solul este o sursă de emisie a gazelor cu efect de seră şi un rezervor important de carbon deoarece el conţine 1500gigatone de carbon organic şi mineral. ™ contaminarea se estimează că circa 3,5 mil. de site-uri sunt contaminate, din care 0,5 sunt grav contaminate. ™ salinizarea – este prezentă pe 3,8 mil. ha în Europa. Probleme deosebite sunt înregistrate în anumite regiuni din Grecia, Portugalia, Franţa, Slovacia şi Austria. ™ compactarea –unii autori apreciază că 36% din suprafaţa Europei prezintă riscuri, uneori foarte ridicate, alţii afirmă că 32% din soluri sunt vulnerabile şi 18% sunt mediu afectate. ™ scoaterea din circuitul agricol. ™ pierderea biodiversităţii solului – biodiversitatea solului se raportează la diversitatea genelor, funcţiilor, dar şi la capacitatea metabolică a ecosistemelor. ™ alunecările de teren şi inundaţiile - suprafeţele afectate de alunecări nu sunt cunoscute (inventariate) în prezent, dar această problemă poate fi legată de creşterea demografică, turism, utilizarea intensivă a terenurilor şi schimbările climatice. 15.5. Poluarea solului. Poluarea solului constă în orice acţiune care produce dereglarea funcţionării normale a solului ca suport şi mediu de viaţă în cadrul diferitelor ecosisteme naturale sau antropice. Dereglarea se manifestă prin degradare: fizică (compactare sol, degradare structură), chimică (acidifiere, sărăturare, poluare chimică), biologică (poluare cu germeni patogeni, reducerea populaţiilor de microorganisme) şi radioactivă. Există şi alte tipuri de degradare: degradare prin exces de apă, eroziune, acoperirea cu halde, deponii şi deşeuri, scoatere din circuitul agricol sau silvic etc. În tabelul 15.1 este prezentată situaţia degradării terenurilor din România în anul 2006. Eroziunea este un proces geologic complex prin care particulele de sol sunt dislocate şi îndepărtate sub acţiunea apei şi a vântului, ajungând în mare parte în 12

COM(2002) 179, www.europa.eu.int.

298

resursele de apă de suprafaţă. La aceste cauze se adăugă şi activităţile umane, prin practicarea agriculturii intensive şi prin gestionarea defectuoasă a terenurilor agricole. Intensitatea eroziunii de suprafaţă este în funcţie de viteza de scurgere, care la rândul ei depinde de mărimea şi lungimea pantei. Pe terenurile agricole situate în pantă procesul este accelerat prin efectuarea lucrărilor agricole pe direcţia pantei13. În general, măsurile de combatere a eroziunii se reduce la măsuri organizatorice şi agrotehnice. Eroziunea nu are numai consecinţe nefaste. Un exemplu în acest sens este dat de existenţa solurilor fertile ce s-au format pe depozite sedimentare, câmpii aluviale şi deltaice, platouri de loess. Tabelul 15.2. Suprafaţa terenurilor agricole afectate de diverşi factori limitativi ai capacităţii productive Denumirea factorului Total Secetă Exces periodic de umiditate în sol Eroziunea solului prin apă Alunecări de teren Eroziunea solului prin vânt Schelet excesiv de la suprafaţa solului Sărăturarea solului, din care cu alcalinitate ridicată Compactarea solului datorită lucrărilor necorespunzătoare ("talpa plugului") Compactarea primară a solului Formarea crustei Rezervă mică-extrem de mică de humus în sol Aciditate puternică şi moderată Asigurarea slabă şi foarte slabă cu fosfor mobil Asigurarea slabă şi foarte slabă cu potasiu mobil Asigurarea slabă cu azot Carenţe de microelemente (zinc) Poluarea fizico-chimică şi chimică a solului, din care: - poluarea cu substanţe purtate de vânt - distrugerea solului prin diverse excavări Acoperirea terenului cu deşeuri şi reziduuri solide

13

Suprafaţa afectată [mii ha] Arabil 7100 3781 6300 702 378 300 223 6500 2060 2300 7485 3424 6330 787 5110 1500 3192 242 18

Eroziunea prin scurgere de suprafaţă este caracteristică dealurilor şi podişurilor, dar şi teraselor râurilor din Câmpia Română. Eroziunea prin deflaţie (eoliană) este caracteristică nisipurilor şi depozitelor nisipoase din Oltenia, Muntenia şi nord-vestul Crişanei. Aceasta poate fi cauzată de factori naturali –ape curgătoare, vânturi, zăpezi sau datorită acţiunii umane – exploatare şi întreţinere deficitară, în condiţiile divizării exagerate a terenurilor ca urmare a retrocedării acestora.

299

Pe lângă fenomenele de eroziune, în regiunile cu relief accidentat, o formă frecventă de degradare a terenurilor o constituie alunecările de teren. Acestea reprezintă deplasări spontane, naturale, ale unor mase de pământ spre baza versanţilor sau taluzurilor, ca urmare a pierderii stabilităţii masivelor de pământ de pe versanţi, taluzuri sau maluri. Alunecările de teren sunt datorate interacţiunii unor factori naturali şi activităţii omului. Condiţii propice de apariţie sau reapariţie a alunecărilor, le creează ploile cu intensitate mică, dar cu durate mari, precum şi topirea lentă a zăpezii. Activităţile antropice, ca factor cauzal, favorizează alunecările prin lucrări de reţinerea apei pe versanţi (canale, bazine de acumulare, terase), prin săpături pentru canale, cariere, căi de comunicaţii, prin defrişarea pădurilor de pe terenurile predispuse alunecărilor etc.14. Compactarea solului este clasificată în funcţie de: ™ origine – naturală (datorată factorilor şi proceselor care au condus la formarea solului) şi artificială (datorată, de regulă, greşelilor tehnologice din sistemul agricol15); ™ localizare (adâncimea) la care se manifestă - compactare de suprafaţă şi de adâncime. Printre efectele negative ale compactării solului sunt: ™ degradarea structurii solului (prin modificarea chimismului şi datorită acţiunilor mecanice); ™ scăderea permeabilităţii solului pentru apă şi aer ceea ce conduce la creşterea riscului de exces de apă; ™ reducerea capacităţii de reţinere a apei şi a conţinutului de apă accesibilă; 16 ™ înrăutăţirea regimului aerohidric ; 17 ™ inhibarea dezvoltării sistemului radicular ; ™ creşterea rezistenţei la arat (creşterea consumurilor) etc. Pe lângă efectele benefice, lucrările de îmbunătăţiri funciare18 (irigaţiile în La nivel de ţară se estimează că suferă în diferite grade de pe urma proceselor de panta următoarele suprafeţe: eroziunea prin apă 6.300.000 ha, prin vânt 378.000 ha, iar alunecările de diverse tipuri se manifestă diferit pe 702.000 ha (http://www.anpm.ro). 15 Compactarea artificială este favorizată de: folosirea rotaţiilor de scurtă durată; absenţa culturilor ameliorative; efectuarea lucrărilor solului în condiţii improprii de umiditate, intensitatea, frecvenţa acestora; aplicarea necorespunzătoare a udărilor etc. 16 Condiţii optime pentru creşterea şi dezvoltarea plantelor le are solul cu o porozitate totală de 4860%, din care porozitatea capilară 30-36%, iar porozitatea necapilară (de aeraţie) 18-24%. 17 În solul tasat, cu porozitate redusă, aerisirea este deficitară; atunci când oxigenul scade sub 5%, respiraţia rădăcinilor se reduce, iar la 1% se opreşte. 18 Îmbunătăţirile funciare reprezintă domeniul de ameliorare al terenurilor ce are ca obiect studierea teoretică şi aplicarea practică a ansamblului de procedee hidrotehnice, agrotehnice, chimice şi biologice, de măsuri complexe, lucrări şi intervenţii tehnice în scopul stabilizării şi îmbunătăţirii condiţiilor pedologice, hidrologice şi climaterice etc., în vederea valorificării în folosul agriculturii a unor terenuri neproductive sau îmbunătăţirii condiţiilor de dezvoltare a 14

300

special) au determinat şi efecte nedorite pentru situaţia ecologică şi fertilitatea unor terenuri agricole: ™ exces de umiditate şi sărăturare (salinizarea secundară reprezintă procesul de acumulare a sărurilor dăunătoare plantelor (Na2SO3, MgCO3, CaCO3, Na2SO4, NaCl ş.a.) în straturile superioare ale solului, în depresiunile fără scurgere. Acest proces, ce însoţeşte irigarea terenurilor, transformă anual, în diferite ţări ale lumii, sute de mii de hectare de terenuri irigate în pământuri sterile); ™ poluarea apelor freatice (în special în localităţi şi zone limitrofe); ™ ridicarea nivelului apei freatice (în Câmpia Română); ™ desecare excesivă (în Delta Dunării), ™ alunecări de teren (în Vâlcea şi unele zone din Transilvania), ™ sărăcirea florei şi faunei naturale (în Lunca Dunării) etc. La degradarea solului contribuie şi folosirea excesivă a îngrăşămintelor chimice19. De exemplu, excesul îngrăşămintelor sub formă de azotat de amoniu determină în timp acidifierea solului; poate conduce la acumularea de azot nitric în plantele legumicole; poluează cu nitriţi apele subterane etc.; NH4 în exces împiedică asimilarea Ca 2+, Mg 2+; K+20; îngrăşămintele fosfatice induc carenţe în zinc; excesul de NO3 şi HPO42- împiedică asimilarea Ca2+, K+; K+ în exces împiedică asimilarea Ca2+ şi Mg2+ etc. Poluarea cu pesticide se produce pe două căi21: 1) una impusă de necesitatea de a contracara poluarea biologică şi anume: a. poluarea verde creată de invazia de buruieni în condiţiile necontrolării lor în ecosisteme. b. poluarea brună, creată de boli şi dăunători mai ales în condiţii favorabile dezvoltării acestora: umiditate şi căldură optimă, îndeosebi la culturi sensibile cum sunt legumele, pomii, viţa de vie şi altele. 2) o alta produsă de folosirea neraţională a pesticidelor22. Comparativ cu ţările membre ale U.E., în România, consumul mediu de produse de uz fitosanitar la hectarul de teren arabil a scăzut de la 1,61 kg s.a./ha în anul 1994 la 0,72 kg s.a./ha în anul 2005 (tabelul 15.2).

culturilor agricole pe unele terenuri slab productive. În anul 2005, cantitatea medie de îngrăşăminte aplicată la ha a fost cu cca. 300 kg. mai mare comparativ cu cea a anului 1996 (Ministerul Agriculturii, Pădurilor şi Dezvoltării Rurale şi Institutul Naţional de Statistică). 20 O sursă necontrolată de trecere a compuşilor azotului în sol este industria de producere a îngrăşămintelor cu azot. Pierderile industriale se ridică până la 50% din producţie. Anual ajung în sol, împreună cu precipitaţiile, aproximativ 10 kg N/ha (concentraţia locală, în apropiere de întreprinderile industriale, poate fi însă cu mult mai mare). 21 M. Berca, Ecologie şi protecţia mediului, Ed. ,,Ion Ionescu de la Brad,, Iaşi, 2002, p. 261. 22 Substanţele chimice destinate protecţiei culturilor. 19

301

Tabelul 15.2. Consumul mediu de produse de uz fitosanitar în România ANUL Consum total (tone substanţă de pesticide activa) din care: insecticide fungicide erbicide Regulatori de creştere Produse biologice Revin pe 1 ha arabil total (kg substanţă activă) din care: insecticide fungicide erbicide

1994

2005 15043,7

6790,44

2369,30 9197,53 3476,87 ---

968,91 3304,79 2513,25 0,357 3,128

1,61

0,72

0,25 0,99 0,37

0,10 0,35 0,27

Probleme legate de poluare ridică produsele cu persistenţă ridicată, care pot pătrunde în lanţul trofic şi pot afecta în final sănătatea oamenilor şi a animalelor. Efectele negative sunt agravate de faptul că unele pesticide au perioade de remanenţă extrem de mari, fiind aproape nebiodegradabile. Timpii de înjumătăţire ale unor clase de pesticide sunt de ordinul lunilor sau al anilor, aşa cum rezultă din tabelul 15.3. Situaţia este mai gravă, de obicei, pe terenurile nisipoase23. Tabelul 15.3. Timpii de înjumătăţire a unor clase de pesticide Denumirea organo-fosforici nitrili triazine organo-cloruraţi

Timpul 1...12 săptămâni 4 luni 3-18 luni 2-5 ani

Metalele grele acumulate în sol peste o anumită limită au efecte negative asupra microflorei şi microfaunei dar şi asupra plantelor superioare. Riscul de poluare cu metale grele depinde de speciile de plante, forma elementelor din sol, procesele de adsorbţie şi absorbţie, condiţiile de climă etc. Factorii edafici care influenţează accesibilitatea metalelor grele pentru plante sunt: textura solului, reacţia solului (o reacţie în jur de 6,5 reduce accesibilitatea), conţinutul de humus (conţinut ridicat determină o accesibilitate mai mică), capacitatea de schimb cationică, drenajul solului etc. De exemplu: Pb (0,1-20 ppm) inhibă activitatea biologică inactivând dehidrogenaza, ureaza; provoacă limitarea absorbţiei apei; inhibă creşterea plantelor. Zn – (sursă principală – nămolurile de la apele uzate) reduce activitatea 23

A se vedea, M. Berca, Relaţiile dintre erbicide şi mediul înconjurător, Ed. Ceres, Bucureşti, 1985 p. 6998; D. J. Lapworth, D. C. Gooddy M. E. Stuart, P. J. Chilton, G. Cachandt, M. Knapp & S. Bishop, Pesticides in groundwater: some observations on temporal and spatial trends, Water and Environment Journal. Print ISSN 1747-6585, 55-64.

302

biologică din sol, modifică proprietăţile fizico-chimice, acţionează asupra microorganismelor dereglând procesul de transformare a materiei organice din sol şi încetineşte procesele fiziologice. Cd (1 ppm- întâlnit de regulă în îngrăşămintele fosfatice) se găseşte asociat cu Zn24, este slab reţinut în sol, produce blocarea proceselor microbiologice. Plantele în funcţie de sensibilitatea la Cd se clasifică astfel: sensibile - soia, salata, spanacul (4-13 ppm); mediu rezistente- tomatele, varza (17 ppm); foarte rezistente –orezul (640 ppm). Poluanţii din atmosferă depuşi pe sol provin din surse naturale şi antropice: particule minerale solide inerte şi diverşi compuşi chimici solizi sedimentabili – sulfaţi, fosfaţi, carbonaţi; compuşi gazoşi antrenaţi prin ploi în sol; anioni sau cationi. 15.6. Metode de depoluare a solului Spre deosebire de alte medii, depoluarea solului prezintă anumite caracteristici: ™ poluarea constă nu numai în pătrunderea poluantului, ci şi în provocarea de dezechilibre, fiindu-i afectate funcţiile sale fizice, chimice şi biologice (scăderea fertilităţii); ™ înlăturarea poluantului este dificilă şi de durată; ™ întreruperea pătrunderii poluantului (înlăturarea lui), nu duce întotdeauna, implicit, la depoluarea solului, la revenirea lui la starea iniţială şi refacerea fertilităţii25. Sintetic, metodele de depoluare a solului sunt prezentate în tabelul 15.4. Alegerea metodei şi determinarea standardului de remediere final va fi întotdeauna guvernat de factorii specifici zonei poluate. Procesele actuale disponibile pentru remedierea solului pot fi împărţite în 5 categorii generale: Biologice - implică transformarea sau mineralizarea substanţelor contaminante până la mai puţin toxice, mai mobile, sau mai toxice dar mai puţin mobile. Aceasta poate include: fixarea sau acumularea poluanţilor în biomasa culturilor recoltabile. Principalele avantaje ale acestor metode sunt abilitatea lor de a distruge o gamă largă de componente organice, potenţialul lor benefic asupra structurii solului şi a fertilităţii şi imaginea lor general netoxică („verde”). Pe de altă parte, punctul final al procesului poate fi nesigur şi dificil de cuantificat, tratamentul însăşi poate fi încet şi nu toate substanţele contaminante sunt aduse de tratament la mijloace biologice. Chimice - componentele toxice sunt distruse, fixate sau neutralizate prin reacţii chimice. Principalele avantaje sunt acelea că prin acest mod de abordare este 24

Provine din deşeuri rezultate de la fabricarea pigmenţilor pentru materiale plastice, pentru pictură, compuşilor pentru PVC, porţelanurilor şi veselei emailate. Prezenţa cadmiului în tutun reprezintă o doză zilnică de 2-4 mg pentru un fumător a 20 de ţigări, din care organismul reţine doar un sfert-Zoe Partin, Melania Rădulescu, op. cit , p. 22 25 idem, p. 143-145.

303

posibilă distrugerea substanţelor chimice recalcitrante biologic. Pe de altă parte, este posibil ca unii poluanţi să fie incomplet trataţi, produsele folosite să fie ele însele cauza distrugerii solului şi adeseori să existe necesitatea unor forme de tratament secundar suplimentar. Fizice – aceste metode implică îndepărtarea fizică a materialelor contaminante, adeseori prin concentraţie sau excavare, pentru un tratament următor sau eliminare. Taxa de teren acoperit precum şi costurile pentru eliminarea reziduurilor speciale au făcut ca remedierea să fie o opţiune a acestor metode. Acţiunea pur fizică, care nu implică un produs suplimentar, ar putea fi văzută ca un avantaj pentru unele aplicaţii şi concentraţii de contaminanţi întrucât se reduce semnificativ riscul unei a doua contaminări. În orice caz, contaminanţii nu sunt distruşi, concentraţia atinsă necesită inevitabil măsuri de reţinere (stocare) şi tratamente ulterioare tipic cerute în astfel de cazuri. Solidificare / Vitrificare - solidificarea este încapsularea contaminanţilor întro structură integrată, asociată cu sau fără fixare chimică, atunci când există ceea ce se numeşte „stabilizare”. Vitrificarea foloseşte temperaturi ridicate pentru a topi materialele contaminante. Un avantaj major este că elementele şi / sau componentele toxice care nu pot fi distruse, sunt redate indisponibil mediului. Un al doilea beneficiu, solurile solidificate pot stabiliza porţiuni pentru viitoare activităţi de construcţii. Cu toate acestea, contaminanţii nu sunt efectiv distruşi şi structura solului este irevocabil deteriorată. În general, aceste metode nu sunt potrivite pentru contaminanţii organici. Termice - contaminanţii sunt distruşi prin tratament termic, folosind procese de incinerare, gazificare, piroliză etc. Cu siguranţă, principalul avantaj al acestei abordări este acela că substanţele contaminante sunt în cea mai mare parte efectiv distruse. Partea negativă este că această metodă atrage cheltuieli energetice mari şi în acelaşi timp, metoda nu este potrivită pentru multe elemente toxice. În plus, materia organică şi structura solului este distrusă. Tehnici In Situ şi Ex Situ O modalitate comună în care toate formele de remediere sunt deseori caracterizate este ca abordări in situ şi ex situ. Acestea reprezintă clase largi, artificiale, bazate pe mai multe tratamente – pe sau în afara porţiunii (site-ului). Tehnicile in situ au avantajul de a produce o perturbare minimă a zonei respective, înlătură multe întârzieri potenţiale ale metodelor care cer excavarea şi îndepărtarea solului poluat, reduc riscul de împrăştiere a poluantului şi au o probabilitate redusă de expunere a muncitorilor la substanţe volatile toxice. Dintre dezavantaje enumerăm: cerinţa stringentă pentru investigarea şi supraveghere completă a suprafeţei, procedeul nu este uşor de controlat, procesul de „optimizare” presupus poate, în fapt, să fie mai puţin decât optim şi punctul final, real, poate fi dificil de determinat. Principala caracteristică a metodelor ex situ este că solul este îndepărtat de la locul iniţial pentru tratament. Principalele beneficii sunt: protocolul de lucru este 304

uşor de optimizat, controlul procesului este uşor de menţinut, monitorizarea se realizează cu mai multă acurateţe, aceste abordări sunt mai rapide decât tehnicile corespondente in situ. Ele sunt potrivite pentru situaţii de poluare de suprafaţă, localizată, pentru concentraţii medii până la relativ înalte de poluanţi. Dintre dezavantaje menţionăm costurile de transport suplimentare, probabilitatea ridicată de poluare secundară, ca urmare a mutării solului. Fireşte, aceste abordări necesită o suprafaţă de teren suplimentară pentru tratament şi prin urmare opţiuni tipic mult mai scumpe. Recent a fost adoptată o abordare alternativă de a clasifica activităţile de remediere. Astfel, se vorbeşte despre metode „intensive” şi „extensive”. Tehnologiile intensive pot fi caracterizate ca sofisticate, cu acţiune rapidă, strategii de intervenţie înalte, cu o cerere mare de resurse şi costuri de iniţiere, derulare şi sprijin mari. Spălarea solului şi tratamentele termale sunt bune exemple de abordări „intensive”. Metodele extensive sunt intervenţii cu acţiune înceată, bazate pe o tehnologie simplă şi inginerie mai puţin sofisticată, cu o cerinţă mică de resurse şi costuri de iniţiere, derulare şi sprijin scăzute. Aceste tehnologii sunt potrivite zonelor poluate în care nu viteza este esenţială. Exemplele includ compostarea, promovarea activităţii biologice in situ în zona radiculară, cultivarea de plante care acumulează metale grele etc. Tehnologiile individuale au fiecare limitele lor. Ca urmare, în vederea creşterii eficienţei remedierii este necesară utilizarea unei abordări combinate, integrând diferite procese pentru a asigura un tratament general. Integrarea procesului poate fi realizată prin combinarea unor tehnologii fundamental diferite (spre ex. biologice şi chimice) precum şi tehnici in situ sau ex situ, intensive sau extensive. O astfel de atitudine („culege şi combină”) face ca întreaga abordare de depoluare a terenului să fie mult mai flexibilă. 15.7. Protecţia subsolului În conformitate cu alin. 4 din art. 136 din Constituţia României, bogăţiile de interes public ale subsolului, apele cu potenţial energetic valorificabil, de interes naţional, fac obiectul exclusiv al proprietăţii publice. Statul are obligaţia să asigure exploatarea resurselor naturale în concordanţă cu interesul natural, ceea ce implică şi respectarea normelor de protecţie şi conservare a mediului. 15.8. Seceta, degradarea terenului şi deşertificarea Din cauza legăturilor strânse la apariţie, manifestare, prin consecinţele devastatoarea pe care le au asupra mediului şi dezvoltării comunităţilor umane, degradarea solului, seceta şi deşertificarea sunt aspecte care cu greu pot fi separate. Ele reprezintă, după poluare, cea de-a doua mare problemă cu care se confruntă omenirea, în ultima jumătate de secol. Extinderea acestor fenomene distructive la nivel global este pusă în evidenţă de datele climatice care relevă o încălzire progresivă a atmosferei şi o reducere a 305

cantităţilor de precipitaţii, care conduc la apariţia secetei. Permanentizarea acestui fenomen determină producerea aridizării, ca o primă fază în instalarea unui climat secetos, iar, ulterior, a deşertificării, care se recunoaşte prin scăderea drastică a disponibilităţilor de apă, prin reducerea producţiilor culturilor agricole, a biomasei necesare ca material furajer şi a biomasei lemnoase, precum şi prin extinderea zonelor nisipoase. Pe lângă schimbările climatice globale, accentuarea secetelor şi deşertificării se datorează şi presiunii antropice. Avem în vedere exploatările forestiere excesive, extinderea suprafeţelor agricole şi managementul defectuos al terenurilor, creşterea demografică rapidă şi, nu în ultimul rând, sărăcia. La scară globală, terenurile supuse deşertificării ocupă o pătrime din totalul suprafeţei de uscat a Terrei şi afectează circa 1 miliard de locuitori din cele peste 110 state ale lumii atinse de deşertificare, dintre care şi ţara noastră. Condiţiile specifice deşertificării caracterizează cea mai mare parte din Africa (ţările Sahelului, Africa de Sud, Africa de Est), Asia (Asia de Sud-Est, Asia de Sud, Afghanistan, Java, Filipine), Australia şi America (nord-estul Braziliei, El Salvador, Guatemala, Haiti), precum şi unele ţări din Europa. Deşertificarea produce serioase pagube materiale, care sunt estimate anual la 42 miliarde dolari SUA. Dintre acestea, circa 9 miliarde de dolari SUA reprezintă pierderi care se înregistrează, anual, numai în Africa. Principalele efecte ale secetelor constau în distrugerea recoltelor, diminuarea numărului de animale, prin pierderea lor şi reducerea resurselor de apă, care afectează în fiecare an milioane de oameni din ţările în curs de dezvoltare. Populaţia cea mai săracă din aceste ţări este şi cea mai vulnerabilă, pentru că este nevoită să trăiască în condiţiile oferite de un mediu natural fragil, predispus la uscăciune. Amploarea situaţiei este evidenţiată de numărul urgenţelor datorate fenomenului de secetă. Fenomenul de secetă din ultimii ani s-a manifestat şi în alte regiuni ale globului, respectiv în America, Europa şi Australia. În anul 2000, seceta a lovit unele ţări europene, între care s-au numărat România, Bulgaria, Cehia şi Polonia. Prin impactul asupra producţiei de hrană, seceta poate avea efecte devastatoare asupra sănătăţii umane. Aceasta cu atât mai mult cu cât seceta este un fenomen cu frecvenţă mare în zone extinse din state în curs de dezvoltare, cu populaţie numeroasă. Insuficienţa de hrană determină un nivel mai ridicat al morbidităţii, cauzat de o serie de afecţiuni, între care se deosebesc pelagra, anemia feriprivă, hipocalcemia, hipomagnezia, conţinutul scăzut în macro- şi, mai ales, micronutrienţi (vitamine, săruri minerale), dar şi slăbirea rezistenţei organismului faţă de factori patogeni. Canicula poate cauza dezastre naturale. Astfel, ea poate produce incendii, sau poate întreţine incendiile de pădure provocate din neglijenţa omului. În acest caz sunt distruse suprafeţe însemnate de pădure (uneori, zeci de mii de ha), punând, totodată, în pericol viaţa persoanelor aflate în apropiere. De asemenea, ele provoacă nori de fum care împiedică desfăşurarea în condiţii bune a transporturilor. 306

Pe lângă extinderea zonelor de irigaţii, în scopul asigurării securităţii alimentare, eforturile s-au concentrat, de asemenea, pe combaterea efectelor secetei şi deşertificării şi prin alte mijloace. În acest sens se impun a fi menţionate iniţierea de acţiuni de împădurire şi reîmpădurire în numeroase state ale lumii, practici de agroforestare adoptate de fermierii din unele ţări, cu scopul de a-şi proteja culturile şi păşunile, construirea de reţele de drenaj pentru reducerea excesului de umiditate şi a salinizării. Implementarea programelor de combatere a deşertificării şi secetei vizează, în egală măsură, aspectele economice şi sociale ale zonelor afectate sau care prezintă risc, cuprinzând eradicarea sărăciei şi promovarea sistemelor de mijloace de trai alternative, ca şi dezvoltarea mediului rural. Necesitatea de a aborda problemele deşertificării a fost subliniată la Conferinţa Naţiunilor Unite privind Mediul Înconjurător şi Dezvoltare de la Rio de janeiro. La recomandarea Naţiunilor Unite, ziua de 17 iunie a fost dedicată „Combaterii deşertificării, secetei şi degradării terenurilor”. În acest fel, comunitatea internaţională încearcă, prin marcarea unei date calendaristice, să sensibilizeze opinia publică din întreaga lume şi, în special, pe cei care promovează politici de administrare a suprafeţelor de teren să acţioneze în direcţia diminuării efectelor deşertificării, secetei şi degradării terenurilor. În România, până în urmă cu câteva decenii, seceta se producea cu o frecvenţă mai mare în anumite zone, respectiv sudul Moldovei, Dobrogea, sudul Munteniei şi Olteniei. Astăzi, schimbările climatice la nivel global, puse în legătură cu amplificarea poluării, defrişările sau cu schimbările de peisaj, au determinat o amplificare a procesului de uscăciune. Ca urmare, unele zone cu secetă endemică tind să fie afectate de aridizare (adâncirea nivelului freatic) şi chiar de deşertificare (dispariţia covorului vegetal şi degradarea solului). Aceste fenomene naturale distructive, cu un efect direct, în special asupra resurselor de hrană şi de apă, pot altera calitatea vieţii populaţiei, generând crize financiare, la început la nivel de familie, de comunitate, apoi, prin extindere, la nivel naţional. În ţara noastră, teritoriul cu risc ridicat de secetă, însoţită, în unele cazuri de aridizare şi de deşertificare, cuprinde suprafeţe mari din Câmpia Română, Dobrogea şi parţial în Câmpia de Vest. Aceste zone pot fi încadrate în categoria arealelor fragile, care se confruntă cu probleme economice, sociale şi de mediu, induse, în bună măsură şi de seceta excesivă şi prelungită. În anii extrem de secetoşi, uscăciunea poate cuprinde însă aproape tot teritoriul ţării noastre, aşa cum s-a întâmplat în anul 2003. Studiile şi rapoartele elaborate de către instituţiile de profil din România şi către ONU - FAO demonstrează că şi ţara noastră este afectată de secetă, respectiv de aridizare şi, în câteva areale, chiar de deşertificare, însă nu de tip saharian. În ţara noastră, ca oriunde pe glob, producerea secetei şi a fenomenelor asociate acesteia (aridizare şi deşertificare) sunt determinate atât de cauze naturale, respectiv cantităţile mici de precipitaţii sau lipsa acestora o perioadă lungă de timp, 307

cât şi de o serie de factori de natură antropică. Avem în vedere unele practici cu urmări dintrecele mai nefaste, cum ar fi defrişările iraţionale, lucrările agricole necorespunzătoare, care generează incapacitatea de absorbţie a apei de către sol, eroziunea versanţilor şi colmatarea albiilor de râu, acţiuni cu urmări neaşteptate, pe care nimeni nu le-a gestionat în mod eficient. Acestor cauze li se mai adaugă construcţia defectuoasă a lucrărilor de îmbunătăţiri funciare, nefinalizarea unor lucrări de protecţie a solurilor, precum şi distrugerea sistemelor de irigaţii din zonele cu risc mare la secetă. 15.9. Convenţia privind deşertificarea. Scop. Conţinut. Convenţia Naţiunilor Unite pentru Combaterea Deşertificării la care România a aderat în anul 1998 constituie cadrul formal prin care ţara noastră se obligă să abordeze într-un mod sistematic problemele legate de prevenirea şi combaterea degradării solurilor, evitarea efectelor secetelor şi combaterea fenomenului de deşertificare, în vederea ridicării standardului de viaţă al comunităţilor umane aflate în zone de risc26. Conform acestei Convenţii, pentru îndeplinirea obligaţiilor asumate părţile 26

În conţinutul Convenţiei termenii au următoarele semnificaţii: a) deşertificare - degradarea terenului în zone aride, semiaride şi uscat-subumede, cauzată de diverşi factori, incluzând variaţiile climatice şi activităţile umane; b) combaterea deşertificării include activităţi care sunt parte a exploatării integrate a teritoriului în zonele aride, semiaride, uscat-subumede pentru dezvoltarea durabilă şi care au ca scop: (i) prevenirea şi/sau reducerea degradării terenului; (ii) reabilitarea terenului parţial degradat; şi (iii) amenajarea terenului deşertificat; c) secetă - fenomenul natural care apare când precipitaţiile au fost semnificativ inferioare nivelurilor înregistrate normal, cauzând serioase dezechilibre hidrologice care afectează negativ sistemele de producere a resurselor terestre; d) reducerea efectelor secetei -activităţi legate de prognoza secetei şi care au ca scop atenuarea vulnerabilităţii societăţii şi a sistemelor naturale faţă de secetă, în cadrul luptei împotriva deşertificării; e) teren - sistemul terestru bioproductiv, care cuprinde solul, vegetaţia, alte forme de viaţă şi procesele ecologice şi hidrologice care au loc în interiorul sistemului; f) degradarea terenului - reducerea sau pierderea, în zonele aride, semiaride şi uscat-subumede, a productivităţii biologice sau economice şi a complexităţii terenurilor de cultură neirigate, a terenurilor de cultură irigate ori a pajiştilor, păşunilor, pădurilor şi terenurilor împădurite, determinată de utilizarea terenurilor sau de un proces ori de o combinaţie de procese, incluzând procese generate de activităţi umane şi de moduri de locuire, ca de exemplu: (i) eroziunea solului, cauzată de vânt şi/sau de apă; (ii) deteriorarea proprietăţilor fizice, chimice şi biologice sau economice ale solului; şi (iii) dispariţia pe termen lung a vegetaţiei naturale; g) zone aride, semiaride şi uscat-subumede - zonele, altele decât cele din regiunile polare şi subpolare, în care raportul dintre precipitaţiile anuale şi evapotranspiraţia potenţială se situează între limitele 0,05-0,65.

308

semnatare trebuie: ™ să adopte o concepţie integrată în abordarea aspectelor fizice, biologice şi socioeconomice ale proceselor deşertificării şi secetei; ™ să acorde o atenţie deosebită, în cadrul organismelor internaţionale regionale şi globale competente, situaţiei părţilor-ţări în curs de dezvoltare afectate, în privinţa comerţului internaţional, înţelegerilor comerciale şi contractării de datorii, în scopul creării unui mediu economic internaţional favorabil, care să conducă la promovarea unei dezvoltări durabile; ™ să integreze strategiile pentru eradicarea sărăciei în eforturile pentru combaterea deşertificării şi reducerea efectelor secetei; ™ să promoveze cooperarea între părţile-ţări afectate, în domeniile protecţiei mediului şi ale conservării solului şi resurselor de apă; ™ să consolideze cooperarea subregională, regională şi internaţională; ™ să acorde prioritatea cuvenită combaterii deşertificării şi reducerii efectelor secetei şi să aloce resursele adecvate, potrivit situaţiilor şi posibilităţilor lor; ™ să stabilească strategii şi priorităţi în cadrul planurilor şi/sau al politicilor de dezvoltare durabilă, pentru combaterea deşertificării şi reducerea efectelor secetei; ™ să abordeze cauzele profunde ale deşertificării şi să acorde atenţie specială factorilor socioeconomici care contribuie la procesele de deşertificare; ™ să stimuleze formarea conştiinţei publice şi să faciliteze participarea populaţiilor locale, mai ales a femeilor şi a tinerilor, cu sprijinul organizaţiilor neguvernamentale, la eforturile pentru combaterea deşertificării şi reducerea efectelor secetei; ™ să creeze un cadru favorabil prin consolidarea, după caz, a legislaţiei pertinente existente şi, acolo unde această legislaţie nu există, prin adoptarea de noi legi şi stabilirea politicilor pe termen lung şi a programelor de acţiune. Procesul de implementare la nivel naţional, regional şi internaţional al Convenţiei pentru Combaterea Deşertificării presupune şi o serie de particularităţi şi anume: ™ implementarea se bazează pe un program naţional/subregional de acţiune; ™ identificarea soluţiilor, planificarea strategică şi de acţiune prin angrenarea comunităţilor afectate se realizează „de jos în sus”; ™ crearea unui mediu politic, legislativ şi moral încurajator; ™ comunicarea, coordonarea şi parteneriate la diverse niveluri (locale şi internaţionale); ™ crearea de sisteme de avertizare timpurie pentru starea mediului, a resurselor şi starea socială; ™ transferul tehnologic şi utilizarea tehnologiilor tradiţionale; 309

deschiderea spre surse alternative de energie; stimularea mediului economic în zonele afectate şi stimularea valorificării în întregime a resurselor locale. Pentru implementarea Convenţiei ţările afectate pot primi asistenţă de la organismele internaţionale Implementarea convenţiei nu urmăreşte abordarea sectorială sau punctiformă a combaterii degradării terenurilor ci integrarea acestei activităţi în celelalte sectoare astfel încât să se asigure gestionarea durabilă a resurselor şi dezvoltarea durabilă a sistemelor socio-economice în zonele afectate de secetă, degradarea terenurilor şi deşertificare. Cerinţele pentru implementarea Convenţiei sunt împărţite în două categorii: generale - pentru toate ţările afectate şi particulare - pentru anumite regiuni. ™ Cerinţele pentru implementarea convenţiei reies şi sunt definite în următoarele documente: ™ Textul de bază al Convenţiei privind combaterea deşertificării în România 27 ™ Deciziile COP (Conferinţei Părţilor, respectiv COP 1, 2, 3, 4, 5, 6) ™ Deciziile/recomandările CRIC (Comitetul de Analiză a Implementării Convenţiei, respectiv CRIC 1 şi 2) ™ Deciziile/recomandările rezultate în urma întâlnirilor Anexei V regionale de implementare a UNCCD 28 ™ Deciziile/recomandările întâlnirile AHWG (Grupul de Lucru ad hoc ) ™ Deciziile/recomandările CST (Comitetul Ştiinţific şi Tehnic al Convenţiei29) În cadrul convenţiei, operatorii sunt ţările afectate şi neafectate, care pot fi la rândul lor: dezvoltate sau în curs de dezvoltare, specificitatea regională fiind regăsită în Anexele de implementare regionale. România se încadrează în Anexa V împreună cu ţările central şi esteuropene. Scopul anexei este să ofere îndrumare cât şi cadrul necesar pentru implementarea efectivă a convenţiei în funcţie de condiţiile specifice fiecărei ţări ™ ™

27

Conferinţa părţilor este organul suprem al convenţiei. În limitele mandatului ei, aceasta adoptă deciziile necesare pentru promovarea aplicării eficiente a convenţiei (art. 22) 28 Grupurile ad hoc oferă informaţii şi asistenţă ştiinţifică asupra unor probleme specifice privind stadiul cunoaşterii în domenii ale ştiinţei şi tehnologiei, relevante pentru combaterea deşertificării şi reducerea efectelor secetei. Aceste grupuri de lucru sunt compuse din experţi, ale căror nume sunt luate din lista de experţi independenţi, ţinându-se seama de necesitatea unei abordări multidisciplinare şi a unei largi reprezentări geografice. 29 CST este un organ subsidiar al Conferinţei părţilor care furnizează pentru aceasta informaţii şi asistenţă ştiinţifică cu privire la problemele ştiinţifice şi tehnologice care au legătură cu combaterea deşertificării şi cu reducerea efectelor secetei. Comitetul se întruneşte concomitent cu sesiunile ordinare ale Conferinţei părţilor şi este multidisciplinar şi deschis participării tuturor părţilor. Comitetul se compune din reprezentanţi guvernamentali competenţi în domenii relevante de expertiză.

310

parte. Cerinţele nu au termene definite prin convenţie, ci fiecare ţară în mod specific îşi stabileşte termene în raport cu Programul Naţional de Acţiune propriu.

311

In situ

Ex situ

(a)

Tratament în bioreactor

Bioextracţie

bioimobilizare

biodegradare

Tehnica

Poluant

Hidrocarburi, fenoli, petrol, compuşi organici volatili sau semivolatili

Crearea unui amestec sol-apă – nutrienţi pentru stimularea creşterii populaţiei microbiene. Este pus în funcţiune un sistem de aeraţie pentru procesele aerobe. În final, faza solidă şi cea lichidă se separă şi solul este repus pe loc.

312

Minerale, metale grele – Cu, Cr, Fe, Pb, Zn, Co; fosfor

Metale şi produse petroliere

Hidrocarburi petroliere, solvenţi industriali, metale grele

Solubilizarea şi antrenarea în faza apoasă de către microorganisme a poluanţilor

Utilizarea capacităţii unor microorganisme de a transforma poluanţii în substrat (sursă de carbon, energie) Utilizarea capacităţii unor microorganisme de a imobiliza unul sau mai mulţi compuşi prezenţi în faza solubilă

Principiu

Tabelul 15.4. Tehnici biologice de depoluare a solurilor (sursa - Traitement biologique des sols pollués: recherche et innovation, www.ademe.fr)

Bioremediere (microorganisme) bioremediere

In situ şi în afara situ-lui

(b)

bioremediere Fitoremediere

Reînsămânţarea unor populaţii prelevate de pe site, a căror creştere a fost stimulată în laborator sau în bioreactoare instalate pe sol.

Principiu Adăugare de N/P pentru a stimula creşterea microorganismelor indigene şi favorizarea degradării poluanţilor Introducerea în sol de microorganisme exogene adaptate

fitoextracţie

313

Utilizarea de plante capabile să extragă, să transporte şi să concentreze poluanţi din sol în părţi recoltabile (frunze, tulpini, rădăcini) Reţinerea metalelor de către plante pentru limitarea fitostabilizare riscului de levigare a poluanţilor şi contaminare a apelor freatice Transformarea de către plante a moleculelor organice Fitodegradare/f complexe în compuşi simpli, care sunt integraţi în itotransformare ţesuturile plantelor Fitovolatilizare Stimularea volatilizării poluanţilor absorbiţi de către /fitostimulare plante şi eliminarea prin evapotranspiraţie Degradarea poluanţilor de către rădăcini şi activitatea Rizodegradare microbiană asociată

biostimulare

biocreştere

biorestaurare

Tehnica

Metale (As, Hg, Se), compuşi organici volatili Compuşi organici, solvenţi, produse fitosanitare

Compuşi organici, nitraţi, fosfaţi

Metale (Pb, Cd, Zn, Cu, As, Cr, Se)

Metale (Pb, Cd, Zn, Cu), nitraţi

Hidrocarburi petroliere, HAP

Hidrocarburi, HAP, PCB

Poluant Poluare organică – hidrocarburi petroliere, HAP, metale grele

In situ

Ex situ

(c)

Bioremediere ( microorganisme) bioremediere

Procedee de aerare care stimulează flora aerobă

compostare

314

Regruparea solului excavat în vederea tratării: compostare, aplicarea de tehnici agricole etc.

Apa poluată este pompată, tratată la suprafaţă, aerată, oxigenată, îmbogăţită în nutrienţi sau microorganisme, apoi este reinjectată în sol

Tratament asociat asupra solului şi a apelor subterane biopile

Injectarea de aer în zona saturată pentru vaporizarea poluanţilor şi transportul în zonele nesaturate unde sunt biodegradaţi

Injectarea de oxigen în zonele nesaturate pentru stimularea microflorei şi biodegradarea poluanţilor Injectarea de aer, O2 sau nutrienţi în zonele saturate pentru întreţinerea activităţii microorganismelor indigene

Principiu

Bioventilare

Biosparging (spălare)

bioventilare

Tehnica

Poluanţi organici

Poluanţii organici , metale grele

Hidrocarburi, BTEX

Hidrocarburi puţin volatile

Hidrocarburi, HAP, PCB

Hidrocarburi, poluanţi biodegradabili

Poluant

16 Resursele naturale şi conservarea biodiversităţii 16.1. Resurse naturale. Definiţie. Clasificare Resursele naturale sunt elemente materiale, energetice şi informaţionale existente în mediu în afara activităţilor umane susceptibile de a fi utilizate de către sistemele biologice. Potrivit Ordonanţei de urgenţă a Guvernului nr.195/2005 privind protecţia mediului, prin resurse naturale se înţelege ,,totalitatea elementelor naturale ale mediului ce pot fi folosite în activitatea umană,,. Conform acestei definiţii, orice element material sau energetic reprezintă o sursă potenţială, ea urmând a deveni o resursă reală, atunci când va exista un program informaţional care să facă posibilă utilizarea ei1. În DEX prin resurse naturale se înţelege totalitatea zăcămintelor de minerale şi de minereuri, a terenurilor cultivabile, a apelor şi a pădurilor de care dispune o ţară. Resursele naturale sunt clasificate în: ™ resurse inepuizabile (energia eoliană, energia mareelor, precipitaţiile etc.) şi, ™ resurse epuizabile, care, la rândul lor, pot fi regenerabile (produsele vegetale şi animale) şi neregenerabile (zăcămintele, resursele genetice etc.). O altă clasificare grupează resursele astfel: ™ resurse geochimice; ™ resurse energetice; ™ resurse informaţionale. Din prima categorie fac parte elementele chimice care alcătuiesc masa Pământului, ele fiind prezente sub formă de compuşi care intră în alcătuirea mineralelor, disociate în soluţii apoase ori gaze sau care se găsesc sub formă de compuşi organici. Aceste elemente sunt utilizate repetat în cadrul circuitelor biogeochimice locale şi globale. Resursele energetice sunt: ™ resurse autogene: atracţia gravitaţională şi energia reacţiilor nucleare de dezintegrare naturală a nucleelor radioactive din masa Pământului (energia geotermică); ™ resurse alogene: gravitaţia Lunii, reacţiile de fuziune termonucleară din Soare, fotosinteza. Resursele biologice includ resurse genetice, organisme sau părţi din ele, populaţii sau orice alte componente biotice ale ecosistemelor având folosinţă sau 1

I. Coste, Ecologie şi protecţia mediului, Ed. Ion Ionescu de la Brad, Iaşi, 2002, p.207.

315

valoare efectivă sau potenţială pentru umanitate2. Resursele informaţionale ale biosferei sunt constituite din genofondurile tuturor speciilor existente pe glob3. După posibilitatea folosirii ca hrană, resursele se pot clasifica în două mari categorii: - alimentare (vegetale, animale, unele substanţe minerale); - nealimentare (unele plante, unele animale, unele substanţe minerale etc. Potrivit Ordonanţei de urgenţă a Guvernului nr. 195/2005, resursele naturale reprezintă ,,totalitatea elementelor naturale ale mediului ce pot fi folosite în activitatea umană: resurse neregenerabile - minerale şi combustibili fosili, regenerabile - apă, aer, sol, floră, fauna sălbatică, inclusiv cele inepuizabile - energie solară, eoliană, geotermală şi a valurilor”. 16.2. Biodiversitatea Biodiversitatea este un concept global4, care arată variabilitatea organismelor din cadrul ecosistemelor terestre, marine, acvatice continentale şi complexelor ecologice. Cuprinde diversitatea intraspecifică, interspecifică şi diversitatea ecosistemelor5. Prin biodiversitate înţelegem varietatea de expresie a lumii vii, specii de plante, animale, microorganisme. Diversitatea biologică a fost definită prin includerea a două concepte înrudite: diversitatea genetică (nivelul variabilităţii genetice în cadrul speciei) şi diversitate ecologică (numărul de specii într-o comunitate ecologică)6. Alţi autori au considerat că termenul de biodiversitate trebuie să se refere numai la acele relaţii care privesc legătura dintre om şi natură, în timp ce terminologia de diversitate biologică să se refere la evaluarea şi inventarierea speciilor7 Studiul biodiversităţii s-a realizat în mai multe etape. Dacă la sfârşitul anilor 1960 se realizau studii numai la nivel local (speciile din Lista roşie – periclitate, endemice, rare), după 1990 studiile au fost caracterizate de o perspectivă globală asupra biodiversităţii. S-au remarcat două evenimente importante: înfiinţarea Fondului Global de Mediu, în cadrul Naţiunilor Unite şi Summit-ul de la Rio de Janeiro din anul 1992. Numărul total de plante şi animale descoperite este estimativ: unii cercetători afirmă că acesta este cuprins între 1,4-1,8 milioane, alţii susţin că sunt 5-30 milioane specii, iar alţii, chiar 100 milioane specii8. Nivelul ridicat al diversităţii habitatelor 2

Conform definiţiei date în Convenţia privind diversitatea biologică, semnată la Rio de Janeiro, la 5 iunie 1992. 3 În prezent statisticile arată că există peste 4,5 milioane de specii care reprezintă resurse unice. 4 Conceptul de biodiversitate a fost introdus de către Walter G. Rosen în anul 1985, impunându-se o dată cu Conferinţa Naţiunilor Unite pentru Mediu şi Dezvoltare de la Rio de Janeiro (1992). 5 ONU: Programul Mediului, 1992, OUG nr. 195/2005. 6 Harper JL, Hawksworth DL., 1994, Biodiversity:measurement and estimation. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B. Biological Sciences 345: 5-12. 7 Leveque C., Mounoulou J.C., 2001, Biodiversité : dynamique biologique et conservation, Masson sciences, Dunod, Paris. 8 R. Robinson, op. cit., p.66.

316

reflectă şi un nivel ridicat al diversităţii speciilor de floră şi faună. În UE 15, sunt înregistrate numeroase tipuri de habitate ce cuprind 150 specii de mamifere, 520 specii de păsări, 180 specii reptile şi amfibieni, 150 specii de peşti, 10000 specii de plante şi cca. 100000 specii de nevertebrate9. Nivelul actual de cunoaştere al biodiversităţii este prezentat în figura 16.1.

Fig. 16. 1 Stadiul actual al cunoaşterii biodiversităţii (sursa: Miller, 2005) Pe teritoriul României au fost identificate:3630 specii de plante, din care până în prezent 23 de specii sunt declarate monumente ale naturii, precum şi 688 specii de alge. Lista Roşie a plantelor superioare din România (1994) cuprinde un număr de 1.438 de taxoni şi infrataxoni (1.235 specii şi 203 subspecii) distribuiţi pe grupele taxonomice mari astfel: 26 Pteridofite, 7 Gimnosperme, 1.062 Dicotiledonate, 343 Monocotiledonate. Dintre acestea 110 sunt taxoni endemici şi 79 taxoni subendemici. Sunt 74 specii extincte, 39 specii periclitate, 171 specii vulnerabile şi 1.256 specii rare. România are de asemenea o faună deosebit de bogată adăpostind 105 specii de mamifere, 19 specii de amfibieni, 25 specii de reptile, 216 specii de peşti, 410 specii de păsări, 30.000 specii de insecte, 860 specii de crustacee, 688 specii de moluşte. Din cele 105 specii de mamifere identificate în România 26 specii sunt periclitate, 7 specii sunt critic periclitate, 35 specii sunt vulnerabile, 25 specii sunt în declin. Dintre speciile de insecte existente în România, 188 specii sunt periclitate, 108 specii sunt critic periclitate, 446 specii sunt vulnerabile, 800 specii sunt în declin. Din cele 25 specii de reptile identificate în România, 7 specii sunt periclitate, 6 specii sunt critic periclitate, 6 specii sunt vulnerabile, 20 specii sunt în declin. În cazul speciilor de amfibieni, 4 specii sunt periclitate, 7 specii sunt vulnerabile si 19 specii sunt în declin. Există 216 specii de peşti, din care 11 specii 9

AEE, Copenhaga, 1999.

317

sunt periclitate, 10 specii sunt critic periclitate şi 18 specii sunt vulnerabile. Din cele 860 specii de crustacee 45 sunt periclitate, 22 specii sunt critic periclitate, 85 specii sunt vulnerabile, 100 specii sunt în declin10. 16.3. Principii ale diversităţii ecologice Diversitatea sistemelor vii este esenţială în menţinerea echilibrului ecologic, în asigurarea capacităţii de suport a ecosistemelor naturale şi artificiale. Estimarea numărului de specii şi de indivizi a permis elaborarea primelor principii referitoare la diversitatea ecologică. Astfel au fost principiile biocenotice ale lui Thienemann: - ,,Cu cât sunt mai variate condiţiile de existenţă dintr-un biotop cu atât va fi mai mare şi numărul de specii în biocenoza care-i aparţine”; - ,,Cu cât condiţiile de existenţă se îndepărtează mai mult faţă de normal cu atât biocenoza va fi mai săracă în specii şi mai bogată în indivizi”. La principiile lui Thienemann au fost aduse completări: a. Regula lui Krogerus: “în biotopuri cu condiţii ecologice strict extreme predomină forme puternic specializate” b. Regula lui Monard: “în biotopuri cu condiţii uniforme toate genurile existente sunt reprezentate numai de o singură specie”. 16.4. Importanţa diversităţii ecologice Pentru societate, biodiversitatea are o mare importanţă. Pe plan economic: - Reprezintă o sursă de materii prime - pentru îmbrăcăminte, hrană diversificată11, medicamente12 - şi mijloace de producţie; - Reprezintă rezervorul pe termen lung de resurse genetice utilizabile, necesare pentru a răspunde cerinţelor utilizării durabile; Pe plan ştiinţific: - Biodiversitatea stă la baza tuturor mecanismelor ce permit să se asigure în permanenţă măsurile de protecţia mediului, menţinând parametrii solului şi climatului în limitele compatibile cu viaţa. Pe plan etic şi estetic: - Biodiversitatea este o sursă importantă pentru satisfacţie (încântare) şi creativitate. Studiile pun în evidenţă existenţa a mai multor categorii de biodiversitate: funcţională13, genetică, interspecifică, ecologică, peisageră etc14. 10

Raport Starea Mediului, capitolul 5, Biodiversitate, 2007. Din plantele cunoscute, cca. 3000 sunt comestibile însă un număr semnificativ foarte mic dintre acestea acoperă peste 95% din producţia de alimente a globului. 12 Peste 3 miliarde de locuitori ai ţărilor în dezvoltare (80%) folosesc medicamente din produse naturale. 13 Diversitatea funcţională exprimă gama de funcţii generate de ecosistem, incluzând funcţiile de susţinere a vieţii, cum ar fi reglarea marilor cicluri din natură (de exemplu, ciclul apei, ciclul 11

318

16.5. Conservarea patrimoniului natural În favoarea biodiversităţii sunt posibile două atitudini majore: una de conservare (păstrarea patrimoniului natural) şi una de gestionare (care implică acţiunea omului în economia naturii în interesul ambelor categorii). Pentru realizarea acestui obiectiv, s-au aplicat două configuraţii ale reţelei ecologice15:

• Configuraţia strategică, reprezentând faza iniţială, bazată pe o largă înţelegere a proceselor ecologice şi care serveşte ca punct de plecare pentru următoarea. • Configuraţii delimitate strict pentru a îndeplini cerinţele ecologice ale unei regiuni. Aceste configuraţii s-au formulat având la bază o evaluare ştiinţifică a nevoilor speciilor în relaţie cu riscurile la care sunt expuse. La nivel internaţional există un consens în ceea ce priveşte necesitatea conservării diversităţii biologice. Acesta s-a format sub influenţa comunităţii ştiinţifice şi a fost exprimat printr-o serie de instrumente juridice: documentele Conferinţei ONU de la Stockolm (1972), Carta Mondială a Naturii (1982) şi Convenţia asupra Biodiversităţii adoptată la Rio de Janeiro (1992), unde s-a lansat sub egida UICN, PNUE, WWP, în colaborare cu FAO şi UNESCO, strategia mondială de conservare a resurselor vii. Convenţia privind biodiversitatea, semnată la conferinţa de la Rio susţine astfel unul din cele mai importante documente care a formulat măsurile cadru pentru protecţia biodiversităţii. Obiectivele acestei convenţii se referă la conservarea diversităţii biologice, utilizarea raţională a componentelor sale, împărţirea corectă şi echitabilă a beneficiilor care reies din utilizarea resurselor genetice, accesul la resursele genetice prin transfer adecvat de tehnologii relevante. Strategia recomandă acţiuni internaţionale pentru promovarea, susţinerea şi, dacă este cazul, coordonarea programelor la nivel naţional, subliniind mai ales necesitatea: unui drept internaţional mai energic şi mai cuprinzător şi a unei asistenţe de dezvoltare crescută pentru conservarea resurselor vii; unor programe internaţionale destinate să promoveze măsurile care trebuie luate pentru conservarea pădurilor tropicale şi a regiunilor secetoase, pentru protecţia resurselor genetice şi pentru conservarea teritoriului public internaţional (atmosfera, Antarctica, suprafeţele marine); unor strategii regionale pentru conservarea resurselor vii comune mai multor state şi mai ales mărilor şi bazinelor fluviale internaţionale. Ţările care au aderat la Convenţie facilitează schimbul de informaţii, de rezultate ale cercetărilor tehnice, ştiinţifice şi social-economice, ca şi informaţii privind prognozele în domeniul conservării şi utilizării raţionale a diversităţii biologice şi vor dezvolta cooperarea în domeniul conservării şi utilizării raţionale a diversităţii biologice şi vor dezvolta cooperarea în domeniul şcolarizării de personal, carbonului etc.) şi realizarea proceselor primare – fotosinteză şi reciclarea biogeochimică. Miller 2006, op. cit. 15 Florina BRAN; Ildiko IOAN; Carmen TRICA, Eco-economia ecosistemelor si biodiversitatea, Biblioteca digitala ASE, cap. 7. 14

319

schimbului de experţi şi cercetări ştiinţifice. Conform modului de abordare adoptat de Uniunea Europeană, conservarea naturii poate fi compatibilă cu numeroase activităţi economice, poate crea locuri de muncă printr-o dezvoltare durabilă, adică prin găsirea căilor de a îmbunătăţi calitatea vieţii fără a afecta mediul şi oamenii şi fără a îngrădi posibilităţile de dezvoltare a generaţiilor viitoare. Printre modalităţile frecvent utilizate în vederea protecţiei şi conservării naturii un loc prioritar îl ocupă constituirea de arii protejate şi declararea de monumente ale naturii. Prin arie protejată se înţelege o zonă terestră, acvatică şi/sau subterană în care există specii de plante şi animale sălbatice, elemente şi formaţiuni biogeografice, peisagistice, geologice, paleontologice, speologice sau de altă natură, cu valoare ecologică, ştiinţifică ori culturală deosebită, care are un regim special de protecţie şi conservare, stabilit conform prevederilor legale. Monumente ale naturii – sunt speciile de plante şi animale rare sau periclitate, arbori izolaţi, formaţiuni şi structuri geologice de interes deosebit, ştiinţific sau peisagistic. În anul 1978, UICN a propus o clasificare a ariilor protejate, aprobată de Congresul Internaţional pentru Parcuri Naţionale (Bali, 1982) şi îmbunătăţită la întrunirile ulterioare ale UICN. Ultima variantă a fost adoptată în noiembrie 1990, de adunarea UICN de la Perth (Australia). În funcţie de ponderea relativă a obiectivelor specifice de protecţie s-au diferenţiat următoarele categorii de protecţie: - Categoria I – Rezervaţie naturală integrată/zonă de natură sălbatică, - Categoria II – Parc naţional, - Categoria III – Monument al naturii, - Categoria IV – Rezervaţie de conservare a naturii, - Categoria V – Peisaj marin sau terestru protejat, - Categoria VI – Arie protejată de resurse naturale, - Categoria VII – Regiuni biologice naturale. Rezervaţii antropologice. - Categoria VIII – Regiuni naturale amenajate pentru utilizări multiple. Rezervaţiile biosferei sunt arii protejate pe plan internaţional pentru demonstrarea principiilor de conservare. Conceptul a fost introdus de Consiliul Internaţional de Coordonare al Programului “Omul şi Biosfera” (M.A.B.) din cadrul UNESCO, în anul 1970. Scopul lor este de a conserva diversitatea şi integritatea comunităţilor de plante şi animale în cadrul ecosistemelor naturale proprii şi asigurarea condiţiilor de dezvoltare a speciilor din punct de vedere genetic. În România regimul juridic general al ariilor protejate este stabilit de Ordonanţa de urgenţă a Guvernului nr. 195/2005 privind protecţia mediului şi de Ordonanţa de urgenţă a Guvernului nr. 57/2007 privind regimul ariilor naturale protejate, conservarea habitatelor naturale, a florei şi faunei sălbatice16. 16

Publicat in Monitorul Oficial, Partea I nr. 442 din 29/06/2007. Prin Ordinul 1710/2007, publicat in

320

În fig. 16.2. se prezintă ponderea diverselor categorii de arii protejate conform clasificării IUCN17.

Fig. 16. 2 Ponderea categoriilor de arii protejate în România / Europa În prezent, conservarea diversităţii biologice se realizează prin intermediul Reţelei Ecologice „Natura 2000”. Înfiinţarea reţelei Natura 2000 reprezintă „fundamentul politicii comunitare de conservare a naturii”. Toate statele care au aderat în Uniunea Europeană sau care aspiră la statutul de membru se confruntă cu problematica reţelei Natura 2000 şi cu necesitatea de a adopta Directiva Păsări – 79/409/EEC18 şi Directiva Habitate – 92/43/EEC19. Scopul Reţelei Natura 2000 este de a proteja biodiversitatea Europei şi de a promova activităţi economice benefice pentru biodiversitate. 16.6. Cuantificarea biodiversităţii Măsurarea biodiversităţii reprezintă una dintre marile provocări în acest domeniu. În tabelul 16.1 sunt prezentaţi indicatorii biodiversităţii pentru variabilitatea genetică, specifică şi ecologică (a ecosistemelor) 20. Monitorul Oficial, Partea I nr. 815 din 29/11/2007 a fost aprobată documentaţia necesară în vederea instituirii regimului de arie naturală protejată de interes naţional. 17 http://earthtrends.wri.org. 18 Publicată în aprilie 1979, a fost primul act legislativ menit să protejeze speciile de păsări şi mediile lor naturale şi prevede stabilirea la nivel naţional a unor arii de protecţie specială (SPA – Special Protection Areas. 19 Publicată în anul 1992, solicită selectarea la nivel naţional şi european a unor arii speciale de conservare. 20 Florina BRAN; Ildiko IOAN; Carmen TRICA, Eco-economia ecosistemelor şi biodiversitatea, Biblioteca digitală ASE, capitolul 2, p.14-20.

321

Tabelul 16.1. Indicatorii biodiversităţii Nr. crt. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Componenta măsurată Genetic Specie Ecosistem Specii sălbatice şi diversitatea genetică Diversitatea speciilor (număr de specii, * * număr de specii/unitatea de suprafaţă, numai de specii/tip de habitat) Specii ameninţate cu dispariţia (număr, % * * Sperii endemice ameninţate cu dispariţia * * (număr, %) Sperii endemice (număr, %\ * * Indicele speciilor cu risc * * Specii cu populaţii stabile sau în creştere * * (număr, %) Specii cu populaţii în descreştere (număr, * * %) Specii ameninţate în arii protejate (număr, * * %) Specii endemice în arii protejate (număr, %) * * Specii ameninţate prezente în colecţii * * (număr, %) Specii ameninţate cu populaţii viabile * * (număr, %) Specii folosite de rezidenţii (număr, %) * * Diversitatea ecosistemelor Suprafaţa în care speciile sălbatice sunt * * dominante Rata schimbării dominanţei speciilor * * sălbatice faţă de cele domestice 2 Suprafeţe mai mari de 1 000 km dominate * * de specii sălbatice (%) Suprafeţe aflate sub regim strict de protecţie * * (%) Indicatori

16.7. Categorii de arii protejate Ariile protejate, prin valoarea lor naturală şi gradul redus al intervenţiei umane pe teritoriul lor, sunt exemple bune şi modele pentru sistemele ecologice naturale şi seminaturale. Înfiinţarea ariilor protejate şi managementul acestora constituie o necesitate deoarece ariile protejate sunt exponente ale ecosistemelor naturale şi seminaturale care pot fi evaluate şi monitorizate, exprimând, într-o anumită măsură, starea acestora la un moment dat. Pentru asigurarea măsurilor speciale de protecţie şi conservare in situ a bunurilor patrimoniului natural s-a instituit un regim diferenţiat de protecţie, conservare şi utilizare, potrivit următoarelor categorii de arii naturale protejate21: a) de interes naţional: rezervaţii ştiinţifice, parcuri naţionale, monumente ale 21

Anexa 1 din OUG nr. 57/2007.

322

naturii, rezervaţii naturale, parcuri naturale; b) de interes internaţional: situri naturale ale patrimoniului natural universal, geoparcuri, zone umede de importanţă internaţională, rezervaţii ale biosferei; c) de interes comunitar sau situri "Natura 2000": situri de importanţă comunitară, arii speciale de conservare, arii de protecţie specială avifaunistică; d) de interes judeţean sau local: stabilite numai pe domeniul public/privat al unităţilor administrativ-teritoriale. Pentru ţara noastră au fost declarate la nivel internaţional trei Rezervaţii ale Biosferei: Delta Dunării (1991) 22, Retezat (1979)23, Pietrosul Rodnei (1979)24 şi 5 situri Ramsar: Delta Dunării (1991), Insula Mică a Brăilei (2001), Lunca Mureşului (2006), Complexul Piscicol Dumbrăviţa (2006), Lacul Techirghiol (2006). Reţeaua mondială a ariilor protejate cuprinde 30 350 de arii protejate, care se întind pe o suprafaţă de 13 232 275 km², respectiv 8.83% din suprafaţa terestră a globului. Din punct de vedere al reprezentării tuturor biomurilor (conform clasificarii biogeografice a lui Udvardy), în cadrul reţelei globale a ariilor protejate trebuie subliniat faptul că foarte multe dintre biomuri au rămas reprezentate sub pragul de 10% admisibil pentru protecţia eficientă a acestora, conform cu prevederile adoptate la al-IV-lea Congres Mondial al Parcurilor (tabelul16.2), a) Rezervaţii ştiinţifice Rezervaţiile ştiinţifice sunt acele arii naturale protejate ale căror scopuri sunt protecţia şi conservarea unor habitate naturale terestre şi/sau acvatice, cuprinzând elemente reprezentative de interes ştiinţific sub aspect floristic, faunistic, geologic, speologic, paleontologic, pedologic sau de altă natură. Managementul rezervaţiilor ştiinţifice asigură un regim strict de protecţie prin care habitatele sunt păstrate într-o stare pe cât posibil neperturbată. În aceste zone 22

Rezervaţia Biosferei Delta Dunării este unica arie protejată din România care beneficiază de o lege proprie, o structură administrativă proprie şi un plan de management. Conform statutului de organizare a rezervaţiei, se delimitează trei categorii de zone caracteristice: • zone cu regim de protecţie integrală (au fost delimitate 18 zone naturale, a căror suprafaţă totală este de circa 50.600 ha – ce reprezintă 8,7% din suprafaţa totală a rezervaţiei); • zone tampon (cu o suprafaţă totală de circa 223.000 ha – 38,4% din suprafaţa totală a rezervaţiei); • zone economice sau zone de tranziţie (cu o suprafaţă de circa 306.100 ha – 52,9% din suprafaţa rezervaţiei). În această categorie sunt incluse şi zonele degradate de impactul antropic, destinate reconstrucţiei ecologice (circa 11.425 ha – 2%). Pe teritoriul rezervaţiei există o mare varietate de specii de floră şi faună sălbatica cu importanţă economică şi socială, fiind un adevărat muzeu al biodiversităţii, cu 30 tipuri de ecosisteme, 5.137 specii din care 1.689 specii de floră şi 3.448 specii de faună (Raport Starea mediului, 2007). 23 Parcul Retezat este renumit prin diversitatea floristică, adăpostind aproape 1.190 specii de plante superioare din cele peste 3.450 cunoscute în România. 24 Rezervaţia Biosferei are o suprafaţă de 44 000 ha, dintre care 8200 ha este zona de protecţie integrală, 11 800 ha zona tampon şi 24 000 ha zona de tranziţie). Flora este semnificativă datorită prezenţei endemitelor locale şi carpatice, împreună cu o gamă largă de relicte glaciare. Fauna de vertebrate este extrem de variată, incluzând păsări mari, cum ar fi cocoşul de munte, cocoşul de mesteacăn şi acvilele, cât şi carnivore mari (urs brun, lup, râs). În interiorul parcului există nouă rezervaţii (categoria I si IV IUCN) şi un monument al naturii.

323

se interzice desfăşurarea oricăror activităţi umane, cu excepţia activităţilor de cercetare, educaţie şi de ecoturism25 cu limitările descrise în planurile de management, cu acordul forului ştiinţific competent şi al administratorului rezervaţiei ştiinţifice. Rezervaţiile ştiinţifice corespund categoriei I IUCN. Tabelul 16.2. Ponderea ariilor protejate în cadrul diverselor biomuri Nr. crt.

Biomuri (Udvardy, 1975) Denumire

Păduri tropicale umede Păduri şi terenuri forestiere 2 subtropicale şi temperate umede Păduri temperate 3 de conifere Păduri tropicale 4 uscate Păduri temperate 5 de foioase Păduri xerofile 6 veşnic verzi Deşerturi şi semi7 deşerturi calde 8 Deşerturi reci Comunităţi de 9 tundră 10 Savane tropicale Stepe şi alte for11 maţiuni ierboase temperate Sisteme montane 12 mixte Sisteme mixte de 13 insulă 14 Lacuri TOTAL Sursa: www.iucn.org 1

25

Suprafaţă – km2

Arii protejate Suprafaţă – km2

Nr.

% biom protejat

10 513 210

1030

922 453

3 930 979

977

404 497

1492

897 375

5,72

1290

1 224 566

7,07

3905

403 298

3,60

1469

164 883

4,39

24 279 843

605

1 173 025

4,83

9 250 252

290 171

546 168

5,90 8,38

15 682 817 17 312 538 11 216 659 3 757 144

22 017 390

1 845 188

8,77 10,29

4 264 832

100

316 465

7,42

8 976 591

495

88 127

0,98

10 633 145 3 252 563 517 695 145 605 658

2766

967 130

1980

530 766

66 16636

5814 9 489 665

9,10 16,32 1,12 6,52

Formă de turism în care principalul obiectiv este observarea şi conştientizarea valorii naturii şi a tradiţiilor locale şi care trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: a) să contribuie la conservarea şi protecţia naturii; b) să utilizeze resursele umane locale; c) să aibă caracter educativ, respect pentru natură - conştientizarea turiştilor şi a comunităţilor locale; d) să aibă impact negativ nesemnificativ asupra mediului natural şi socio-cultural (art. 2, pct 26 din OUG nr. 195/2005).

324

b) Parcuri naţionale Parcurile naţionale sunt acele arii naturale protejate al căror scop este protecţia şi conservarea unor eşantioane reprezentative pentru spaţiul biogeografic naţional, cuprinzând elemente naturale cu valoare deosebită sub aspect fizicogeografic, floristic, faunistic, hidrologic, geologic, paleontologic, speologic, pedologic sau de altă natură, oferind posibilitatea vizitării în scopuri ştiinţifice, educative, recreative şi turistice. Managementul parcurilor naţionale asigură menţinerea cadrului fizicogeografic în stare naturală, protecţia ecosistemelor, conservarea resurselor genetice şi a diversităţii biologice în condiţii de stabilitate ecologică, excluderea oricărei forme de exploatare a resurselor naturale şi a folosinţelor terenurilor incompatibilă scopului atribuit. Regimul de gospodărire se stabileşte prin regulamente şi planuri proprii de protecţie şi conservare aprobate de autorităţile naţionale ştiinţifice şi administrative abilitate. În perimetrele lor vor fi cuprinse ecosisteme sau fracţiuni de ecosisteme terestre şi acvatice cât mai puţin influenţate prin activităţi umane. Elementele cu valoare deosebită de pe cuprinsul parcurilor naţionale pot fi delimitate şi puse sub un regim strict de protecţie ca rezervaţii ştiinţifice. Parcurile naţionale se întind în general pe suprafeţe mari de teren. În perimetrul parcurilor naţionale sunt admise doar activităţile tradiţionale practicate numai de comunităţile din zona parcului naţional, activităţi tradiţionale ce vor fi reglementate prin planul de management. Parcurile naţionale corespund categoriei II IUCN. c) Monumente ale naturii Monumente ale naturii sunt acele arii naturale protejate al căror scop este protecţia şi conservarea unor elemente naturale cu valoare şi semnificaţie ecologică, ştiinţifică, peisagistică deosebite, reprezentate de specii de plante sau animale sălbatice rare, endemice sau ameninţate cu dispariţia, arbori seculari, asociaţii floristice şi faunistice, fenomene geologice - peşteri26, martori de eroziune, chei, cursuri de apă, cascade şi alte manifestări şi formaţiuni geologice, depozite fosilifere, precum şi alte elemente naturale cu valoare de patrimoniu natural prin unicitatea sau raritatea lor. Dacă monumentele naturii nu sunt cuprinse în perimetrul altor zone aflate sub regim de protecţie, pentru asigurarea integrităţii lor se vor stabili zone de protecţie obligatorie, indiferent de destinaţia şi de deţinătorul terenului. Managementul monumentelor naturii se face după un regim strict de protecţie care asigură păstrarea trăsăturilor naturale specifice. În funcţie de gradul lor de vulnerabilitate, accesul populaţiei poate fi limitat sau interzis. Monumentele naturii corespund categoriei III IUCN. 26

Peştera este un cavernament de origine geomorfologică naturală, ale cărui dimensiuni conferă interiorului o obscuritate absolută. Resursele peşterii sunt reprezentate de obiecte, materiale, substanţe şi forme de viaţă care există sau se formează în mod natural în peşteri: formaţiuni minerale, roci, sedimente, depozite paleontologice, situri arheologice, specii sălbatice, acumulări de ape subterane.

325

d) Rezervaţii naturale Rezervaţiile naturale sunt acele arii naturale protejate al căror scop este protecţia şi conservarea unor habitate şi specii naturale importante sub aspect floristic, faunistic, forestier, hidrologic, geologic, speologic, paleontologic, pedologic. Mărimea lor este determinată de arealul necesar asigurării integrităţii elementelor protejate. Managementul rezervaţiilor naturale se face diferenţiat, în funcţie de caracteristicile acestora, prin măsuri active de gospodărire pentru a asigura menţinerea habitatelor şi/sau în vederea protejării anumitor specii, grupuri de specii sau comunităţi biotice. Pe lângă activităţile ştiinţifice, după caz, pot fi admise activităţi turistice, educaţionale, organizate. Sunt admise unele activităţi de valorificare durabilă a unor resurse naturale. Sunt interzise folosinţe ale terenurilor sau exploatarea resurselor care dăunează obiectivelor atribuite. Potrivit scopului pentru care au fost desemnate, rezervaţiile naturale pot avea caracter predominant: botanic, zoologic, forestier, geologic, paleontologic, peisagistic, speologic, de zonă umedă, marină, de resurse genetice şi altele. Aceste rezervaţii corespund categoriei IV IUCN. e) Parcuri naturale Parcurile naturale sunt acele arii naturale protejate al căror scop este protecţia şi conservarea unor ansambluri peisagistice în care interacţiunea activităţilor umane cu natura de-a lungul timpului a creat o zonă distinctă, cu valoare semnificativă peisagistică şi/sau culturală, deseori cu o mare diversitate biologică. Managementul parcurilor naturale urmăreşte menţinerea interacţiunii armonioase a omului cu natura prin protejarea diversităţii habitatelor şi peisajului, promovând păstrarea folosinţelor tradiţionale ale terenurilor, încurajarea şi consolidarea activităţilor, practicilor şi culturii tradiţionale ale populaţiei locale. De asemenea, se oferă publicului posibilităţi de recreere şi turism şi se încurajează activităţile ştiinţifice şi educaţionale. Aceste rezervaţii corespund categoriei V IUCN. f) Rezervaţii ale biosferei Rezervaţiile biosferei sunt acele arii naturale protejate al căror scop este protecţia şi conservarea unor zone de habitat natural şi a diversităţii biologice specifice. Rezervaţiile biosferei se întind pe suprafeţe mari şi cuprind un complex de ecosisteme terestre şi/sau acvatice, lacuri şi cursuri de apă, zone umede cu comunităţi biocenotice floristice şi faunistice unice, cu peisaje armonioase naturale sau rezultate din amenajarea tradiţională a teritoriului, ecosisteme modificate sub influenţa omului şi care pot fi readuse la starea naturală, comunităţi umane a căror existenţă este bazată pe valorificarea resurselor naturale pe principiul dezvoltării durabile şi armonioase. Mărimea rezervaţiilor biosferei este determinată de cerinţele de protecţie şi conservare eficientă a mediului natural şi a diversităţii biologice specifice. Managementul rezervaţiilor biosferei se realizează conform unor regulamente şi planuri de protecţie şi conservare proprii, în conformitate cu recomandările Programului Om-Biosferă de sub egida UNESCO. Dacă în perimetrul rezervaţiilor 326

biosferei sunt cuprinse şi situri naturale ale patrimoniului universal, managementul rezervaţiei se realizează cu respectarea prevederilor Convenţiei privind protecţia patrimoniului mondial cultural şi natural, de sub egida UNESCO. Pentru asigurarea protecţiei şi conservării unor zone de habitat natural şi a diversităţii biologice specifice, precum şi pentru valorificarea resurselor naturale disponibile, potrivit cerinţelor de consum ale populaţiilor locale şi în limitele potenţialului biologic natural de regenerare a acestor resurse, în cuprinsul rezervaţiilor biosferei se pot delimita zone cu regim diferenţiat de protecţie ecologică, de conservare şi de valorificare a resurselor, după cum urmează: 1. Zone strict protejate, având regimul de protecţie şi conservare al rezervaţiilor ştiinţifice; 2. Zone tampon, cu rol de protecţie a zonelor strict protejate şi în care sunt admise activităţi limitate de valorificare a resurselor disponibile, în conformitate cu autorizaţiile date de administraţia rezervaţiei; 3. Zone de reconstrucţie ecologică, în care se realizează măsuri de refacere a mediului deteriorat; 4. Zone valorificabile economic prin practici tradiţionale sau noi, ecologic admise, în limitele capacităţii de regenerare a resurselor. Rezervaţiile biosferei cu aşezări umane sunt astfel gestionate încât să constituie modele de dezvoltare a comunităţilor umane în armonie cu mediul natural. g) Zone umede de importanţă internaţională Zonele umede de importanţă internaţională sunt acele arii naturale protejate al căror scop este de a se asigura protecţia şi conservarea siturilor naturale cu diversitatea biologică specifică zonelor umede. Managementul acestor zone se realizează în scopul conservării lor şi al utilizării durabile a resurselor biologice pe care le generează, în conformitate cu prevederile Convenţiei privind conservarea zonelor umede de importanţă internaţională în special ca habitat al păsărilor acvatice. h) Situri naturale ale patrimoniului natural universal Siturile naturale ale patrimoniului natural universal sunt acele arii naturale protejate al căror scop este ocrotirea şi conservarea unor zone de habitat natural în cuprinsul cărora există elemente naturale a căror valoare este recunoscută ca fiind de importanţă universală. Mărimea arealului lor este determinată de cerinţele pentru asigurarea integrităţii şi conservării elementelor supuse acestui regim de protecţie. În cuprinsul acestor zone pot exista comunităţi umane ale căror activităţi sunt orientate pentru o dezvoltare compatibilă cu cerinţele de ocrotire şi conservare a sitului natural. Managementul siturilor naturale ale patrimoniului natural universal se realizează în conformitate cu regulamentele şi planurile proprii de ocrotire şi conservare, cu respectarea prevederilor Convenţiei privind protecţia patrimoniului mondial cultural şi natural, de sub egida UNESCO. i) Arii speciale de conservare Ariile speciale de conservare sunt acele arii naturale protejate de interes 327

comunitar ale căror scopuri sunt conservarea, menţinerea şi, acolo unde este cazul, readucerea într-o stare de conservare favorabilă a habitatelor naturale şi/sau a populaţiilor speciilor pentru care situl este desemnat. Ariile speciale de conservare sunt acele arii naturale protejate al căror scop este de a conserva, de a menţine şi, acolo unde este cazul, de a readuce într-o stare de conservare favorabilă habitatele naturale şi/sau populaţiile speciilor pentru care situl este desemnat. Managementul ariilor speciale de conservare necesită planuri de management adecvate specifice siturilor desemnate sau integrate în alte planuri de management şi măsuri legale, administrative sau contractuale în scopul evitării deteriorării habitatelor naturale şi a habitatelor speciilor, precum şi a perturbării speciilor pentru care zonele au fost desemnate. Orice plan sau proiect indirect legat sau necesar pentru gestiunea sitului, dar susceptibil de a-l afecta într-un mod semnificativ, va face obiectul unui studiu pentru evaluarea impactului, ţinându-se seama de obiectivele de conservare a ariei, conform prevederilor art. 28 din ordonanţa de urgenţă. Ariile speciale de conservare se desemnează prin hotărâre a Guvernului, după recunoaşterea statutului lor de către Comisia Europeană, şi vor face parte din reţeaua europeană "NATURA 2000". j) Arii de protecţie specială avifaunistică Ariile de protecţie specială avifaunistică sunt acele arii naturale protejate ale căror scopuri sunt conservarea, menţinerea şi, acolo unde este cazul, readucea întro stare de conservare favorabilă a speciilor de păsări şi a habitatelor specifice, desemnate pentru protecţia speciilor de păsări migratoare sălbatice, mai ales a celor prevăzute în anexele nr. 3 şi 4 A. Managementul ariilor speciale de protecţie se realizează ca şi pentru ariile speciale de conservare. Ariile speciale de protecţie fac parte din reţeaua europeană "NATURA 2000". k) Situri de importanţă comunitară Siturile de importanţă comunitară reprezintă acele arii care, în regiunea sau în regiunile biogeografice în care există, contribuie semnificativ la menţinerea sau restaurarea la o stare de conservare favorabilă a unor habitate naturale sau a unor specii de interes comunitar şi care pot contribui astfel semnificativ la coerenţa reţelei "NATURA 2000" şi/sau contribuie semnificativ la menţinerea diversităţii biologice în regiunea ori regiunile biogeografice respective. Pentru speciile de animale cu areal larg de răspândire, siturile de importanţă comunitară trebuie să corespundă zonelor din areal în care sunt prezenţi factori abiotici şi biotici esenţiali pentru existenţa şi reproducerea acestor specii. l) Geoparcul Geoparcul este un teritoriu ce cuprinde elemente de interes geologic deosebit, alături de elemente de interes ecologic, arheologic, istoric şi cultural. Caracteristicile geologice sunt cuprinse într-un număr de situri de importanţă ştiinţifică, educaţională sau estetică, reprezentative pentru un anumit moment din 328

istoria Pământului ori pentru anumite evenimente sau procese geologice27. Un geoparc are limite bine definite, o suprafaţă suficient de mare şi o strategie de dezvoltare teritorială în folosul comunităţilor locale, a căror existenţă este bazată pe valorificarea resurselor naturale si culturale, pe principiul dezvoltării durabile. Geoparcurile sunt zone cu aşezări umane astfel gestionate încât să constituie modele de dezvoltare a comunităţilor în armonie cu mediul natural. Managementul unui geoparc se realizează in conformitate cu strategia de dezvoltare teritorială identificată şi în conformitate cu recomandările UNESCO si Cartei Reţelei Europene a Geoparcurilor. Pentru asigurarea managementului siturilor geologice, naturale, istorice, culturale, precum şi pentru valorificarea resurselor naturale disponibile în cuprinsul geoparcului se pot delimita zone cu regim diferenţiat de protecţie, de conservare şi de valorificare a resurselor, după cum urmează: 1. zone strict protejate, având regimul de protecţie şi conservare a rezervaţiilor ştiinţifice; 2. zone tampon, cu rol de protecţie a zonelor strict protejate şi în care sunt admise activităţi limitate de valorificare a resurselor disponibile, în conformitate cu autorizaţiile date de administraţia geoparcului; 3. zone de dezvoltare durabilă, valorificabile economic prin practici tradiţionale sau noi, ecologic admise, în limitele capacităţii de regenerare a resurselor. 16.8. Protecţia speciilor sălbatice de floră şi faună prin reglementarea comerţului cu acestea Speciile ameninţate cu dispariţia, care sunt sau ar putea fi afectate şi mai mult prin comerţ internaţional precum şi speciile care, deşi nu sunt încă ameninţate cu dispariţia, dar ar putea deveni vulnerabile în cazul în care comerţul cu indivizi sau cu părţi sau produse din aceştia nu este supus unor reglementări stricte constituie obiectivul principal al Convenţiei de la Washington privind comerţul internaţional cu specii sălbatice de faună şi floră pe cale de dispariţie (CITES). Speciile de plante şi animale care fac obiectul Convenţiei sunt incluse în trei anexe care se pot actualiza permanent în conformitate cu propunerile statelor semnatare. Potrivit dispoziţiilor Convenţiei, comerţul cu aceste specii trebuie supus unor reglementări foarte stricte, în sensul că nu trebuie autorizat decât în condiţii excepţionale, de către autorităţile naţionale competente. O mare varietate de specii sălbatice de flora şi fauna de pe teritoriul României prezintă o importanţă economică deosebită, având multiple utilizări în diverse sectoare. Pentru evitarea supraexploatării acestor resurse, începând cu anul 27

Geoparcul reprezintă un concept lansat şi susţinut de UNESCO, în parteneriat cu Reţeaua Europeană a Geoparcurilor. La nivel mondial a fost creată Reţeaua Globală (UNESCO) a Geoparcurilor. Recunoaşterea internaţională a funcţionarii unui geoparc şi acceptarea lui în aceste structuri se face în acord cu reglementările stabilite de UNESCO şi de Carta Reţelei Europene a Geoparcurilor.

329

1997, a fost reglementat regimul de desfăşurare a activităţilor de recoltare/capturare şi achiziţie a speciilor sălbatice şi a altor bunuri ale patrimoniului natural, în scopul comercializării pe piaţa internă şi la export. Datorită diversităţii deosebite de biotopuri şi habitate, ţara noastră se bucură de un număr ridicat de specii de floră şi faună sălbatică din care nu lipsesc endemismele, speciile rare, relictele. 16.9. Resurse energetice convenţionale şi neconvenţionale 16.9.1 Cerinţe UE In conformitate cu Noua Politică Energetică a Uniunii Europene (UE) elaborată în anul 2007, energia este un element esenţial al dezvoltării la nivelul Uniunii. Dar, în aceeaşi măsură este o provocare în ceea ce priveşte impactul sectorului energetic asupra schimbărilor climatice, a creşterii dependenţei de importul de resurse energetice precum şi a creşterii preţului energiei. Pentru depăşirea acestor provocări, Comisia Europeana (CE) promovează o politică energetică comună, bazată pe securitate energetică, dezvoltare durabilă şi competitivitate28. Comisia Europeană propune în setul de documente care reprezintă Noua Politică Energetică a UE următoarele obiective: • reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră cu 20% până în anul 2020, în comparaţie cu cele din anul 1990. • creşterea ponderii surselor regenerabile de energie în totalul mixului energetic de la mai puţin de 7% în anul 2006, la 20% din totalul consumului de energie al UE până în 2020; • creşterea ponderii biocarburanţilor la cel puţin 10% din totalul conţinutului energetic al carburanţilor utilizaţi în transport în anul 2020; • reducerea consumului global de energie primară cu 20% până în anul 2020. 16.9.2 Clasificarea surselor de energie Sursele de energie pot fi: ™ surse convenţionale (cărbuni, petrol, gaze naturale, energia bazată pe ape curgătoare şi lemn); ™ surse neconvenţionale – energia solară, a vântului, a valurilor, a mareelor, cea geotermală, biomasa etc. 16.9.3. Resurse energetice convenţionale Cărbunii au cunoscut o utilizare la scară industrială în perioada revoluţiei industriale, acoperind în anul 1890 peste 90% din consumul energetic mondial. Datorită utilizării intense a acestora ca resursă energetică, secolul XIX a fost 28

Commission of the European Communities - Communication From The Commission to the European Council and the European Parliament - An Energy Policy For Europe {Sec(2007) 12} Brussels, 10.1.2007 Com(2007) 1 Final.

330

denumit “secolul cărbunelui”, iar la începutul secolului XX cărbunii deţineau nouă zecimi din balanţa energetică pe plan mondial. La nivelul Europei, 80% din rezervele de combustibili fosili sunt reprezentate de combustibilii solizi, incluzând huilă, lignit, turbă şi reziduuri petroliere. Producţia de cărbune a Uniunii Europene este de 1,2 milioane tep/an turbă, 50 milioane tep/an lignit şi 60 milioane tep/an huilă, dar costurile mari de producţie şi calitatea variabilă determină lipsa competitivităţii acestei industrii29. Cărbunele este supus unor constrângeri care îl pun într-o poziţie inferioară faţă de ţiţei şi gaz, deoarece este un minereu solid şi greu, este voluminos şi cere suprafeţe mari de stocare, are o putere calorică mai mică decât cea a ţiţeiului şi a gazului natural şi în plus, generează poluare în orice stadiu de producere şi transport. Deşi dezavantajele folosirii cărbunelui au redus considerabil pieţele lui de desfacere, în perioada 2000-2030 se preconizează o uşoară creştere a consumului său în Uniunea Europeană. Utilizarea în viitor a cărbunelui depinde mult de dezvoltarea tehnicilor care asigură utilizarea mai uşoară (cum ar fi gazeificarea) şi micşorează impactul asupra mediului în termeni de emisii poluante cu tehnologii de ardere curate şi de sechestrare de CO2. În ceea ce priveşte rezervele de petrol acestea sunt distribuite foarte neuniform în lume, mai mult de 70% dintre acestea fiind localizate în ţările membre OPEC. La actualul consum, Uniunea Europeană are rezerve cunoscute pentru opt ani, presupunând că nu vor exista schimbări în consum şi/sau schimbări tehnologice. Se estimează că în anul 2020 OPEC va acoperi 50% din necesităţile Uniunii Europene, cu o producţie de 55 milioane barili pe zi, faţă de 32 milioane barili pe zi în anul 2000, în condiţiile unor costuri de producţie avantajoase. Perspectivele pieţei petrolului depind însă de dezvoltarea surselor alternative de energie şi de îmbunătăţirea eficienţei energetice în domeniul transporturilor. Utilizarea industrială a gazului natural a început după primul război mondial, devenind o importantă resursă energetică odată cu perceperea sa ca produs energetic secundar – la exploatarea petrolului. Gazul natural a pătruns în toate sectoarele consumului de energie deoarece este uşor de utilizat, transportat şi depozitat contribuind la producerea energiei electrice, a căldurii sau în transporturi. Gazul natural emite mai puţin bioxid de carbon decât petrolul şi generează energie electrică la un nivel de eficienţă ridicat (55%) folosind un proces combinat. Rezervele de gaze naturale sunt mai uniform distribuite la nivel global comparativ cu cele de petrol, dar şi în acest caz Uniunea Europeană este dezavantajată, deţinând doar circa 2% din totalul acestor rezerve, în condiţiile în care consumă aproximativ 12% din producţia mondială. Cele mai mari rezerve ale Uniunii Europene se găsesc în Olanda (56%) şi Marea Britanie (24%)30. În ceea ce priveşte energia nucleară, la nivel mondial există rezerve cunoscute de 2,5 milioane tone de uraniu, care pot acoperi cererea următorilor 40 de ani în 29

Cartea verde – către o strategie europeană a securităţii alimentării cu energie, Comisia Europeană, noiembrie 2000, p. 17. 30 Cartea verde, p. 16.

331

condiţiile menţinerii consumului actual. Uniunea Europeană deţine numai 2% din rezervele mondiale de uraniu. Combustibilul nuclear diferă sensibil de alte surse de energie primară prin posibilitatea reciclării produselor de fisiune, reducând proporţional cerinţele de import. Odată separate de deşeurile lor (care reprezintă circa 4%), uraniul şi plutoniul recuperate (96%) pot fi din nou utilizate pentru producerea energiei electrice. Deşi centralele nuclearoelectrice instalate pe teritoriul Uniunii Europene acoperă 35% din cererea de energie electrică, viitorul energiei nucleare este incert, datorită problemelor de management şi stocare a deşeurilor nucleare, viabilitatea economică a noilor grupuri din centralele nuclearoelectrice, securitatea reactoarelor etc.31. 16.9.4. Resurse energetice neconvenţionale32 Aceste surse de energie prezintă o serie de particularităţi de care trebuie să se ţină cont atât în procesul de utilizare, cât şi în activitatea de includere a acestora în balanţa energetică. Sursele neconvenţionale de energie se regenerează în urma unor procese naturale şi sunt inepuizabile, ceea ce le conferă calitatea de resursă sigură în energetica viitorului. De asemenea, prezintă o mare simplitate în construcţie şi pot fi utilizate atât în sistemul energetic descentralizat pentru consumatori izolaţi, cât şi conectate la sistemul energetic naţional. La nivel mondial, din totalul resurselor primare existente, de 10.038 Mtep, sursele regenerabile de energie reprezintă 1.352 Mtep (13,5%). Dintre acestea, energia hidroelectrică reprezintă 2,2%, energia biomasei - 10,8% şi alte resurse 0,5%. România dispune de o gamă diversificată, dar redusă cantitativ, de resurse de energie primară: ™ ţiţei, gaze naturale, carbune, minereu de uraniu, precum şi de un potenţial valorificabil de resurse ™ regenerabile important. În condiţiile meteo-geografice din România, în balanţa energetică pe termen mediu şi lung se iau în considerare următoarele tipuri de surse regenerabile de energie: energia solară, energia eoliană, hidroenergia, biomasa şi energia geotermală33. Valorificarea surselor regenerabile de energie, în condiţii concurenţiale pe piaţa de energie, devine oportună prin adoptarea şi punerea în practică a unor politici şi instrumente specifice sau emiterea de „certificate verzi” („certificate ecologice”). Certificatul verde este un document ce atestă o cantitate de 1 MWh energie electrică produsă din surse regenerabile de energie. El poate fi tranzacţionat, distinct de cantitatea de energie asociată acestuia, de pe o piaţă

31

Idem, p. 28-30. Roger H. Charlier, Sustainable co-generation from the tides: bibliography, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 7, Issue 3, June 2003, 215-247. 33 A se vedea, Strategia energetică a României pentru perioada 2007 – 2020. 32

332

bilaterală sau centralizată34. Potenţialul naţional al surselor regenerabile (Evaluare ICEMENERG). Sursa Energie solară Energie eoliană (potenţial teoretic) Energie hidro din care sub 10 MW

Potenţial anual 60 PJ 1,2 TWh

Aplicaţie Energie termică Energie electrică

23 TWh

Energie electrică

36 TWh 3,6 TWh

Energie electrică

Biomasa şi biogaz

318 PJ

Energie termică Energie electrică

Energie geotermală

7 PJ

Energie termică

Uniunea Europeană are drept ţintă creşterea contribuţiei energiilor regenerabile în consumul global de energie al statelor membre la 12% în 2010. În România, cotele obligatorii ce se vor utiliza până în anul 2010 în conformitate cu ţinta asumată în cadrul negocierilor de aderare la Uniunea Europeană privind ponderea energiei electrice produse din surse regenerabile sunt următoarele: 0,7% pentru anul 2005, 1,4% pentru anul 2006, 2,2% pentru anul 2007, 2,9% pentru anul 2008, 3,6% pentru anul 2009 şi 4,3% pentru anul 2010. Ponderea surselor regenerabile de energie în consumul total de resurse primare al României va fi de cca. 11% în anul 2010 şi de 11,2% în anul 2015. În cifre absolute, consumul de energie din surse regenerabile va ajunge la 4964,5 mii tep în anul 2010 şi la 5537,2 mii tep în anul 2015. Din punct de vedere structural, cea mai mare pondere în totalul energiei obţinute din surse regenerabile va fi deţinută de energia din biomasă (67,42% în anul 2010 şi 68,66% în anul 2015), urmată de energia hidroelectrică (31,53% în anul 2010 şi 29,04% în anul 2015), energia eoliană (0,54% în anul 2010 şi 1,55% în anul 2015), energia geotermală (0,35% în anul 2010 şi 0,43% în anul 2015) şi energia solară (0,16% în anul 2010 şi 0,32% în anul 2015)35. Energia solară Energia solară poate fi convertită în energie electrică prin conversie directă (prin intermediul dispozitivelor statice pentru transformarea radiaţiei solare în energie electrică) şi prin conversie indirectă (prin conversia în energie termică a 34

Conform HG nr. 1892/4.11.2004 pentru stabilirea sistemului de promovare a producerii energiei electrice din surse regenerabile de energie, publicată în MO nr. 1056 partea I din 15.11.2004. 35 Potrivit HG nr. 1892/2004 pentru stabilirea sistemului de promovare a producerii energiei electrice din surse regenerabile de energie, publicată în Monitorul Oficial nr. 1056 din 15 noiembrie 2004 şi H.G. nr. 1535/2003 privind aprobarea Strategiei de valorificare a surselor regenerabile de energie, publicată în Monitorul Oficial nr. 8 din 7 ianuarie 2004.

333

undelor solare sau prin reflectarea şi focalizarea căldurii cu ajutorul colectoarelor solare). Cele mai dezvoltate sisteme de producere a energiei electrice sunt sistemele tip “solar farm”, ”solar power towers”, cu puteri de până la 10 MW, ”parabolic dish systems”, cu puteri de circa 50 kW şi tehnologiile Bright Source Energy (fig. 16.3).

Fig. 16. 3 Tehnologia Bright Source Energy Se estimează că în anul 2010, puterea instalată în Europa va ajunge la 300 MW (din 3000 MW, la nivel mondial), conducând la producerea unei cantităţi de energie electrică de 0,5 TWh/an în Europa şi 4 TWh/an pe plan mondial36. O altă tehnologie de producere a energiei electrice se bazează pe efectul fotovoltaic37. Filiera fotovoltaică este frânată în prezent de costul unităţii de energie electrică. Acesta este de 10 până la 20 de ori mai mare decât în cazul filierelor ajunse la maturitate, celulele fotovoltaice fiind costisitoare. O altă restricţie este dată de randamentul scăzut, de 12-15%, al acestor instalaţii38. Energia eoliană Vântul este considerat adesea ca fiind cea mai regenerabilă resursă, după hidroenergie. Energia eoliană este dată de „vântul care pune în mişcare palele 36

Stănciulescu Georgeta, Popescu Mihaela, Caracasian Lusine, Anton Bogdan – Evaluarea cadrului de reglementare şi acţiuni necesare privind producerea energiei electrice din surse regenerabile de energie, în Mesagerul energetic nr. 30, aprilie 2004, p. 11-12.

38

Preda Gh. (coordonator) – Tratat Valorificarea resurselor naturale, volumul I – Bazele resurselor naturale, coordonatori volum Marinescu M., Năstase G., Editura International University Press, Bucureşti, 2004, pag. 221.

334

unei mori ce generează curent electric prin convertire într-o turbină”. Instalaţia eoliană poate fi conectată la reţeaua electrică sau poate funcţiona în regim singular pentru alimentarea cu energie electrică a unor consumatori locali, izolaţi. Valorificarea potenţialului energetic eolian în condiţii de eficienţă economică impune folosirea unor tehnologii şi echipamente adecvate (grupuri aerogeneratoare cu putere nominală de la 750 kW până la 2.000 kW) – Fig. 16.4.

Fig. 16. 4 Aspect fermă eoliană În vederea exploatării energiei potenţiale a vântului este necesară parcurgerea mai multor etape: producerea energiei (energie mecanică); conversia energiei în energie hidraulică, electrică sau calorică; stocarea energiei prin utilizarea pompelor de căldură, a recipienţilor de aer comprimat, bateriilor de acumulatori etc.; consumul energiei. Pe plan mondial, la sfârşitul anului 2002 puterea eoliană instalată era de 32.037 MW, fiind operaţionale aproximativ 61.500 de turbine eoliene. În Europa, din totalul de 23.832 MW instalaţi, aproximativ 12.000 MW sunt instalaţi în Germania şi 5.042 MW în Spania. Centralele eoliene au puteri standardizate, începând de la 100 kW la 5 MW/ unitate. Potenţialul eolian tehnic amenajabil al României este evaluat la cca. 100.000 TJ/an, existând zone favorabile amenajărilor de acest tip în care viteza vântului depăşeşte 6 m/s, iar investiţia raportată la producţia anuală de energie este destul de atractivă (0,32-1,90 $/KWh) (au fost identificate cinci zone eoliene distincte în funcţie de potenţialul energetic existent, de condiţiile de mediu şi topogeografice39. Pe baza evaluării în România se pot amplasa instalaţii eoliene cu o putere totală de 39

România are un climat temperat continental, cu un potenţial energetic eolian ridicat în zona litoralului Mării Negre, podişurilor din Moldova şi Dobrogea (climat blând) sau în zonele montane (climat sever). Pe baza evaluărilor preliminare în zona litoralului, pe termen scurt şi mediu potenţialul energetic eolian amenajabil este de circa 2.000 MW, cu o cantitate medie de energie electrică de 4.500 GWh/an.

335

până la 14.000 MW, ceea ce înseamnă un aport de energie electrică de aproape 23.000 GWh/an. Chiar dacă eolienele de primă generaţie aveau ca principal dezavantaj – zgomotul emis, în prezent, dezvoltările tehnologice au permis reducerea considerabilă a zgomotului produs de astfel de instalaţii. Astfel, pe scara surselor de zgomot, eolienele se situează undeva între zgomotul produs de un vânt slab şi zgomotul din interiorul unei locuinţe, respectiv 45 dB. Evoluţia nivelului sonor în funcţie de numărul de eoliene este logaritmică (instalarea unei a doua eoliene determină creşterea nivelului sonor cu 3 dB)40. Energia hidroelectrică Potenţialul hidroenergetic teoretic liniar al cursurilor şi căderilor de apă al planetei noastre reprezintă 6,2 mil. MW, respectiv 54.224 mld. kWh anual. Potenţialul economic amenajabil este însă mult mai mic şi anume de 554.000 MW41. Potrivit ultimelor evaluări (2007), potenţialul hidroenergetic tehnic amenajabil al României este de 36.000 GWh/an din care, raportat la situaţia actuală a preţurilor din piaţa de energie se pot valorifica, în condiţii de eficienţă economică, circa 30.000 GWh/an (potenţial economic amenajabil). Energia hidroelectrică prezintă o serie de avantaje de moment şi de perspectivă, dintre care amintim42: ™ cheltuielile neglijabile de exploatare a hidrocentralelor; ™ costul scăzut al energiei hidroelectrice (de ¾ ori mai mic decât costul energiei obţinute în termocentrale; ™ posibilitatea valorificării integrate şi complexe a bazinelor hidrografice în scopul prevenirii inundaţiilor, al irigării unor terenuri agricole, creării de noi căi navigabile, alimentării cu apă potabilă şi industrială etc. Biomasa Termenul generic „biomasă” cuprinde o varietate de resurse: materii lemnoase şi reziduuri rezultate din procesele industriale de prelucrare a cherestelei, reziduuri agricole, agroalimentare, îngrăşăminte naturale, reziduuri din procesele tehnologice de prelucrare a cerealelor, fracţii organice de la deşeurile solide municipale, deşeuri de la gospodării individuale şi noroi de la apele menajere. Biomasa este rezultatul direct sau indirect al desfăşurării procesului de fotosinteză. La început, produsul fotosintezei era folosit ca sursă de alimentaţie, îmbrăcăminte, adăpost şi căldură. În secolul nostru, s-a pus tot mai mult accentul 40

http://www.mangus.ro. Preda Gh. (coordonator) – Tratat Valorificarea resurselor naturale, volumul I – Bazele resurselor naturale, coordonatori volum Marinescu M., Năstase G., Editura International University Press, Bucureşti, 2004, pag. 222. 42 Idem 224. 41

336

pe folosirea fotosintezei în scopuri energetice43, adică folosirea biomasei pentru a furniza combustibili cum ar fi: alcoolul, metanul, hidrogenul sau hidrocarburile necesare diferitelor industrii44. Pentru producerea energiei electrice utilizând această resursă regenerabilă trebuie să coexiste şi să funcţioneze împreună două sisteme: cel de furnizare a biomasei, în calitate de combustibil şi cel de producere/comercializare a energiei electrice. Se estimează că în anul 2010 cantitatea de energie electrică produsă pe bază de biomasă va ajunge la 27 TWh/an în Uniunea Europeană şi la 291 TWh/an pe plan mondial. Energia din biomasă constituie 2% din consumul total de energie electrică al UE. Producţia totală de biomasa a crescut cu 18% în 2002, 13% în 2003, 19% în 2004 şi 23% în 2005. România are un potenţial energetic ridicat de biomasă, evaluat la circa 7.594 mii tep/an (318x109 MJ/an), ceea ce reprezintă aproape 19% din consumul total de resurse primare la nivelul anului 2000, împărţit pe următoarele categorii de combustibil: ™ reziduuri din exploatări forestiere şi lemn de foc:1.175 mii tep (49,8x109 MJ/an); ™ deşeuri de lemn - rumeguş şi alte resturi de lemn: 487 mii tep (20,4x109 MJ/an); ™ deşeuri agricole rezultate din cereale, tulpini de porumb, resturi vegetale de viţă de vie etc.: 4.799 mii tep (200,9x109 MJ/an); ™ biogaz: 588 mii tep (24,6x109 MJ/an); 45 ™ deşeuri şi reziduuri menajere urbane: 545 mii tep (22,8x109MJ/an) . Energia geotermală Căldura naturală înmagazinată în scoarţa terestră conduce la apariţia energiei geotermale, care poate fi de joasă sau de înaltă temperatură. Teoretic, energia geotermală de joasă temperatură poate fi accesibilă în orice parte a globului, datorânduse creşterii naturale de temperatură în funcţie de adâncime (aproximativ 3°C la 100 m). Energia geotermală de înaltă temperatură este caracteristică zonelor vulcanice. Energia geotermală reprezenta în anul 2007 aproximativ 1% din totalul de energie produsă şi captată46. Printre avantajele energiei geotermale se număra independenţa de vreme şi ciclul zi/noapte. Centralele care captează energia geotermală pot afecta solul din jur (când apa fierbinte este injectată în rocă pentru 43

Fotosinteza, ca sursă alternativă de energie pentru scopuri tehnologice urmăreşte două căi: I) agricultura şi silvicultura, care se referă la valorificarea biomasei obţinută prin fotosinteză şi la creşterea plantelor cultivate special în acest scop; II) imitarea parţială sau integrală a sistemelor naturale fotosintetice (biomimetica). 44 D. O. Hall, Biomass: Regenerable Energy, 1987 - Hardcover, John Wiley and Sons Inc.,New York. 45 H.G. nr. 1535 din 18 decembrie 2003. 46 Energia geotermală este potrivită pentru încălzirea spaţiului şi a apei. Datorită amplasării, principalul potenţial de folosire se află în zone rurale – locuinţe, sere, acvacultură, pasteurizarea laptelui - la distanţe de până la 35 km de locul de extragere a apei calde.

337

obţinerea aburului) şi emit cantităţi mici (5% faţă de o centrală cu combustibil fosil) de CO2 şi sulfuri47. Energia mareelor, valurilor şi a gradientelor termice ale oceanelor Mareele, cunoscute şi sub denumirea de „cărbune verde”, sunt atractive ca sursă de energie, dar trebuie să aibă o amplitudine medie ridicată, cuprinsă de regulă între 5 şi 12 m. Energia mareică este inepuizabilă, dar fenomenul care o produce este discontinuu, posibilităţile de utilizare fiind limitate48. Obţinerea energiei electrice prin prelucrarea gradientelor termice ale oceanelor se bazează pe diferenţa de temperatură existentă între suprafaţa oceanului şi un anumit nivel de adâncime (aproximativ 1000 m). Biogazul Rezultat în urma fermentării materiei organice sub acţiunea bacteriilor anaerobe, biogazul conţine 65% metan şi are o putere calorifică între 17 şi 25 MJ/m3. Este utilizat preponderent pentru producerea energiei termice, dar şi a energiei electrice. Dimensiunile grupurilor de producere a energiei electrice nu depăşesc 1 MW, fiind caracterizate prin costuri investiţionale şi de exploatare relativ ridicate. Pentru Europa, capacitatea instalată în 2001 era de 1.505 MW şi se prognozează că în 2010 va ajunge la 4.500 MW. 16.10 Tendinţe Sectorul energetic reprezintă o sursa de poluare importantă, ca urmare a extracţiei, prelucrării şi arderii combustibililor fosili. În anul 2005, din arderea combustibilului pentru producerea de energie au rezultat circa 88% din emisiile totale la nivel naţional de NOx, 90% din cele de SO2 şi 72% din cantitatea de pulberi în suspensie evacuate în atmosferă. Pentru a menţine rolul important al combustibililor fosili în balanţa energetică, trebuie identificate şi aplicate soluţii care să reducă impactul folosirii acestor combustibili asupra mediului. In acest sens, soluţia de captare şi stocare a emisiilor de CO2 (CSC) va trebui luată în considerare la proiectarea şi realizarea de noi centrale termoelectrice. Totodată actualele tehnologii de ardere a cărbunelui vor trebui înlocuite cu tehnologii curate atenuând în mod substanţial poluarea, prin reducerea considerabilă a emisiilor de SO2 şi NOx şi a pulberilor în suspensie generate de centralele termice pe cărbune.

47 48

http://www.energeia.ro. A se vedea ca exemplu: http://membres.lycos.fr.

338

17 Gestionarea deşeurilor 17.1. Consideraţii generale 17.1.1. Noţiuni Deşeurile sunt substanţe, preparate sau orice obiecte din categoriile stabilite de legislaţia specifică privind regimul deşeurilor, pe care un deţinător le aruncă, are intenţia sau are obligaţia de a le arunca1. Prin deşeu reciclabil se înţelege orice deşeu care poate constitui materie primă într-un proces de producţie pentru obţinerea produsului iniţial sau pentru alte scopuri, iar prin deşeuri periculoase, deşeurile încadrate generic, în aceste tipuri sau categorii de deşeuri şi care au cel puţin un constituent sau o proprietate care face ca acestea să fie periculoase. Deşeurile menajere sunt deşeurile provenite din activităţi casnice. Pot fi asimilate cu deşeurile menajere, deşeurile provenite din industrie, din comerţ, din sectorul public sau administrativ, care prezintă compoziţie şi proprietăţi similare cu deşeurile menajere şi care sunt colectate, transportate, prelucrate şi depozitate împreună cu acestea. Deşeurile industriale sunt deşeurile de producţie prevăzute expres în legislaţia privind regimul deşeurilor2. Gestionarea deşeurilor cuprinde activităţile de colectare, transport, tratare, valorificare şi eliminare a deşeurilor. Responsabilitatea pentru activităţile de gestionare a deşeurilor revine generatorilor acestora în conformitate cu principiul “poluatorul plăteşte” sau după caz, producătorilor în conformitate cu principiul “responsabilitatea producătorului”. 17.1.2. Clasificarea deşeurilor. Surse. Deşeurile generate pe teritoriul României sunt clasificate, în mod formal, în: Principalele surse de generare a deşeurilor sunt: agricultura, mineritul, industria, unităţile sanitare şi activităţile gospodăreşti. 17.1.3. Principii şi obiective strategice Strategia Naţională de Gestionare a Deşeurilor pentru perioada 2003-2013 1

2

Ordonanţa de urgenţă a Guvernului nr. 195/2005 privind protecţia mediului, aprobată prin Legea nr. 265/2006, modificată prin Ordonanţa de urgenţă a Guvernului nr. 57/2007 şi Ordonanţa de urgenţă a Guvernului nr. 114/2007. Hotărârea Guvernului nr. 856/2002, publicată în Monitorul Oficial, Partea I nr. 659 din 5 septembrie 2002.

339

are în vedere următoarele principii şi obiective strategice: • principiul protecţiei resurselor primare - stabileşte necesitatea de a minimiza şi eficientiza utilizarea resurselor primare, în special a celor neregenerabile, punând accentul pe utilizarea materiilor prime secundare. • principiul măsurilor preliminare, corelat cu principiul utilizării BATNEEC ("Cele mai bune tehnici disponibile care nu presupun costuri excesive") stabileşte că, pentru orice activitate (inclusiv pentru gestionarea deşeurilor), trebuie să se ţină cont de următoarele aspecte principale: stadiul curent al dezvoltării tehnologiilor, cerinţele pentru protecţia mediului, alegerea şi aplicarea acelor măsuri fezabile din punct de vedere economic. • principiul prevenirii - stabileşte ierarhizarea activităţilor de gestionare a deşeurilor, în ordinea descrescătoare a importanţei care trebuie acordată: evitarea apariţiei, minimizarea cantităţilor, tratarea în scopul recuperării, tratarea şi eliminarea în condiţii de siguranţă pentru mediu. • principiul poluatorul plăteşte, corelat cu principiul responsabilităţii producătorului şi cel al responsabilităţii utilizatorului; • principiul substituţiei - stabileşte necesitatea înlocuirii materiilor prime periculoase cu materii prime nepericuloase, evitându-se astfel apariţia deşeurilor periculoase. • principiul proximităţii, corelat cu principiul autonomiei - stabileşte că deşeurile trebuie să fie tratate şi eliminate cât mai aproape de sursa de generare; în plus, exportul deşeurilor periculoase este posibil numai către acele ţări care dispun de tehnologii adecvate de eliminare şi numai în condiţiile respectării cerinţelor pentru comerţul internaţional cu deşeuri. • principiul subsidiarităţii (corelat şi cu principiul proximităţii şi cu principiul autonomiei) - stabileşte acordarea competenţelor astfel încât deciziile în domeniul gestionării deşeurilor să fie luate la cel mai scăzut nivel administrativ faţă de sursa de generare, dar pe baza unor criterii uniforme la nivel regional şi naţional. • principiul integrării - stabileşte că activităţile de gestionare a deşeurilor fac parte integrantă din activităţile social-economice care le generează. Pentru îndeplinirea obiectivelor naţionale şi europene în domeniul gestionării deşeurilor este necesară implicarea întregii societăţi, reprezentată prin: ™ autorităţi publice centrale şi locale (mediu, administraţie, sănătate, industrie, finanţe); ™ generatori de deşeuri (persoane fizice şi juridice); ™ asociaţii profesionale şi institute de cercetare-dezvoltare; ™ societate civilă (consumatori de bunuri, organizaţii nonguvernamentale etc.). 17.1.4. Indicatori statistici de mediu Starea mediului precum şi monitorizarea acestuia se reflectă în anumiţi indicatori statistici de mediu: generare deşeuri solide industriale şi municipale, deşeuri menajere depozitate pe cap de locuitor, cheltuieli cu managementul 340

deşeurilor, reciclarea şi reutilizarea lor, depozitare deşeuri municipale, numărul substanţelor chimice interzise sau strict restricţionate, generarea deşeurilor periculoase, importurile şi exporturile de deşeuri periculoase, suprafaţa de teren contaminată cu deşeuri periculoase, cheltuieli necesare pentru tratarea deşeurilor periculoase, generarea deşeurilor radioactive. Un aspect deosebit de important în analiza statistică a indicatorilor mediului înconjurător, îl constituie posibilitatea de a încorpora cerinţele de protecţie a mediului în deciziile economice. ™ Indicatorii necesari analizei statistico-economice în domeniul mediului înconjurător sunt3: ™ ponderea cheltuielilor pentru reducerea şi controlul poluanţilor în produsul intern brut, ™ ponderea investiţiilor privind reducerea şi controlul poluanţilor în total investiţii, ™ ponderea creditelor oferite de la buget pentru reducerea şi controlul poluanţilor în total credite bugetare, ™ ponderea cheltuielilor cu cercetare-dezvoltare în domeniul protecţiei mediului în total cheltuieli guvernamentale, ™ numărul de firme ce furnizează bunuri şi servicii în domeniul ecoindustriei, ™ volumul vânzărilor pe piaţa eco-industriei. Abordarea sistemică a implicaţiilor mai multor activităţi economice asupra unui număr mare de componente ale mediului înconjurător se bazează pe modele prin intermediul cărora se analizează influenţa cantitativă sau calitativă a unui fenomen/grup de fenomene economice, asupra unei componente/ grup de componente ale mediului înconjurător. Un astfel de model este cel elaborat de W. Leontief, bazat pe metoda input-output şi prin intermediul căruia se analizează fluxurile materiale dinspre sectoarele economice spre mediul înconjurător4. 17.1.5. Statistici privind generarea de deşeuri În Statele membre, în fiecare an, sunt produse mai mult de 2 miliarde tone de deşeuri şi aceste cifre sunt în continuă creştere (aproximativ 340 milioane de tone în anul 2020). În medie, fiecare cetăţean european a produs o cantitate de 520 kg de deşeuri municipale în 2004, iar până în anul 2020 se preconizează o nouă creştere (până la 680 kg pe persoană). Această creştere continuă preconizată a volumului de deşeuri se datorează, în principal, unei presupuse creşteri susţinute a consumului final individual (adică o creştere medie de 2% în UE15 şi 4% în UE12 pe an până în anul 2020) şi continuării actualelor tendinţe privind modelele de consum5. În România, conform raportului privind ambalajele şi deşeurile rezultate din acestea pe anul 2005, cantitatea totală de ambalaje introduse pe piaţă a fost de Liviu-Stelian BEGU, Statistica internaţională, Biblioteca ASE Bucureşti, p. 70-71. Idem, p. 72. 5 http://reports.eea.europa.eu/briefing_2008_1. 3 4

341

1140844,1 tone, ceea ce reprezintă o creştere cu 9% faţă de anul 2004. Structura deşeurilor de ambalaje în 2005 a fost următoarea: hârtie şi carton -23,6%, plastic 29%, sticlă-21,8%, metal - 9%, lemn - 12%. Acelaşi raport arată că a fost reciclată 23% din întreaga cantitate de deşeuri generată, iar procentul total de valorificare a fost 26,6%. În ceea ce priveşte cantitatea de nămoluri rezultate de la staţiile de epurare orăşeneşti şi industriale situaţia se prezenta la sfârşitul anului 2005 astfel (tabelul 17.1): Tabelul 17.1. Nămoluri generate – cantităţi (tone) Nămol primar Nămol umed - tone Nămol uscat - tone

Nămol secundar

Nămol chimic

Nămol mixt

Total

1655701,03

240708,33

50550,00

2385528,87

4332488,23

198677,43

23901,09

21709,34

132921,54

377209,15

Nămolurile generate au fost depozitate, incinerate sau au fost aplicate în agricultură (tabelul 17.2) 17.2. Modalităţi de utilizare a nămolurilor - tone Nămol primar 122151,31 1327,50

Nămol secundar 38452,09 0

Nămol chimic

Nămol mixt 58738,21 25061,0

Depozitare 16844,88 Incinerare 0 Depozitare în stocul 101309,86 16814,06 2254,5 860581,05 propriu Alte forme 5954,86 6 109,2 61094,2 de eliminare Utilizare în 23415,75 710 0 88209,75 agricultură Sursa: Raport nămoluri în România pe anul 2005, MMGA- www.mmediu.ro

Total 236186,49 26388,5 980959,45 67164,26 112335,5

17.2. Metode de gestionare a deşeurilor 17.2.1. Gestionarea deşeurilor în UE Opţiunile de gestionare a deşeurilor urmăresc în ordine descrescătoare următoarele priorităţi (fig. 17.1): ™ prevenirea apariţiei – prin aplicarea “tehnologiilor curate” în activităţile care generează deşeuri; ™ reducerea cantităţilor – prin aplicarea celor mai bune practici în fiecare domeniu de activitate generator de deşeuri; ™ valorificarea – prin refolosire, reciclare materială şi recuperarea energiei; 342

™

eliminarea – prin incinerare şi depozitare.

Fig. 17. 1 Opţiunile de gestionare a deşeurilor Cele mai utilizate metode de gestionare a deşeurilor utilizate în ţările Uniunii Europene sunt: reutilizarea deşeurilor de către agentul economic generator, tratarea şi reciclarea acestora de către reciclatori sau transferarea către o staţie de tratare pentru reducerea gradului lor de periculozitate sau către un incinerator pentru reducerea volumului, precum şi depozitarea deşeurilor nerecuperabile. Folosirea incinerării este o practică răspândită în unele ţări, de exemplu în Danemarca şi Olanda, în timp ce în altele, precum Germania şi Austria, se foloseşte mai mult reciclarea. În fig. 17.2 se prezintă cantităţile şi modalităţile de gestionare a deşeurilor municipale în Europa.

Fig. 17. 2 Gestionarea deşeurilor în UE (Sursa: Eurostat şi ETC/RWM.) 343

Se observă că în anul 2004, din cantitatea totală de deşeuri municipale din UE au fost depozitate 47%. Acest procent este preconizat să scadă la aproximativ 35% până în 2020. Reciclarea şi alte operaţiuni de recuperare a materialelor sunt prevăzute să crească de la nivelul actual de 36% la aproximativ 42% până în anul 2020. În final, s-a folosit incinerarea pentru 17% din deşeurile municipale în 2004 şi este posibil ca acest procent să crească la aproximativ 25% până în 20206. În anul 2005, emisiile de gaze cu efect de seră rezultate din gestionarea deşeurilor au reprezentat aproximativ 2% din emisiile totale la nivelul Uniunii Europene. Emisiile nete de gaze cu efect de seră rezultate din gestionarea deşeurilor municipale sunt prevăzute să scadă de la o valoare maximă de aproximativ 55 milioane de tone de CO2-echivalenţi pe an la sfârşitul anilor 1980 la 10 milioane de tone CO2-echivalenţi până în 2020 (fig. 17.3).

Fig. 17. 3 Tendinţe şi previziuni privind emisiile de gaze cu efect de seră rezultate din gestionarea deşeurilor municipale în Uniunea Europeană 17.2.2. Gestionarea deşeurilor în România Obiectivele prioritare ale gestionării deşeurilor sunt: a) prevenirea sau reducerea producerii de deşeuri şi a gradului de periculozitate al acestora prin: - dezvoltarea de tehnologii curate; - dezvoltarea tehnologiei şi comercializarea de produse care prin modul de fabricare, utilizare sau eliminare nu au impact sau au cel mai mic impact posibil 6

Modele de gestionare a deşeurilor din statele membre, în special în contextul Directivei privind depozitele de deşeuri, au fost prezentate în ,,The road from landfilling to recycling: common destination, different routes,, EEA (2007).

344

asupra creşterii volumului sau periculozităţii deşeurilor ori asupra riscului de poluare; - dezvoltarea de tehnologii adecvate pentru eliminarea finală a substanţelor periculoase din deşeurile destinate valorificării; b) reutilizarea, valorificarea deşeurilor prin reciclare, recuperare sau orice alt proces prin care se obţin materii prime secundare ori utilizarea deşeurilor ca sursă de energie7. 17.2.3. Gestionarea deşeurilor menajere In România, dacă în mediul urban, gestionarea deşeurilor municipale este realizată în mod organizat, prin intermediul serviciilor proprii specializate ale primăriilor sau al firmelor de salubritate, în mediul rural, in general nu există servicii organizate pentru gestionarea deşeurilor, transportul la locurile de depozitare fiind făcut în mod individual de către cei care le generează. Pentru tratarea deşeurilor menajere există mai multe soluţii: - Depozitarea controlată, în gropi de gunoi (ecologice). Depozitarea deşeurilor în condiţii sigure este un obiectiv al politicilor ecologice în acest domeniu. Această soluţie implică costuri suplimentare astfel că depozitarea trebuie să constituie ultima opţiune în gestionarea deşeurilor. Multe state europene (Danemarca, Olanda, Norvegia etc.) au pus în practică un sistem de taxe pe unitatea de masă (volum) de deşeu depozitată, care însă majorează cheltuielile de depozitare. Depozitele controlate au ca principale dezavantaje: disconfortul vizual, modificările de peisaj, degajarea de mirosuri neplăcute, poluarea apelor de suprafaţă şi a celor freatice (în cazul depozitelor neimpermeabilizate), modificări ale biocenozelor din imediata apropiere a depozitelor8. - Compostarea controlată pe platformele de colectare9. Compostarea poate fi definită ca un procedeu biologic controlat de conversie şi de valorificare a materialelor organice reziduale într-un produs stabilizat, igienic, bogat în compuşi humici. Deşeurile ce se utilizează în compostare fac parte din următoarele categorii: deşeuri menajere şi asimilabile, deşeuri de grădină şi parcuri, deşeuri din pieţe, resturi biodegradabile din industria alimentara precum şi nămolul orăşenesc. În cazul nămolurilor de epurare, procesul de compostare constă în a amesteca aceste materiale reziduale cu un agent de volum (ex.: talaş de lemn, rumeguş, scoarţă de copaci tocată, paie de cereale etc.) înainte ca aceste materiale să fie capabile să înceapă descompunerea aerobă de-a lungul câtorva săptămâni10. 7

Ordonanţa de urgenţă a Guvernului nr. 78/2000, publicată în Monitorul Oficial, Partea I nr. 283 din 22 iunie 2000, modificată ulterior. 8 Lista depozitelor de deşeuri municipale conforme cu prevederile legislative poate fi consultată la adresa: http://www.anpm.ro 9 Transformarea deşeurilor biodegradabile în compost se poate realiza prin: biodegradare aerobă - cu aport substanţial de oxigen (soluţia conduce la atingerea scopului final în 10 – 14 săptămâni), sau anaerobă (soluţia are nevoie de 12 – 24 luni). 10 Selivanovskaya, Yu., S., Latypova, Z. V., Kiyamova, N. S., Alimova, K. F., 2001, Use of microbial

345

Etapele compostării sunt: identificarea deşeurilor biodegradabile de prelucrat, din punct de vedere al naturii şi cantităţii lor; determinarea suprafeţei platformei necesare şi a utilajelor ce urmează a fi folosite; evaluarea condiţiilor climatice din zonă (zonă ploioasă, secetoasă, foarte caldă etc.); mărunţirea materialului de compostat şi dispunerea lui în şire în lungul platformei; aerarea continuă a materialului (de 2 – 3 ori pe săptămână, în funcţie de condiţiile climatice); adăugarea de apă în cazul în care este nevoie; evaluarea nivelului de prelucrare şi stabilirea momentului în care prelucrarea s-a finalizat (fig. 17.4).

Fig. 17.4 Schema de acţionare a unei staţii de compost În ceea ce priveşte compostarea, factorii majori, care sunt reţinuţi ca indicatori sunt: ™ raportul dintre elementele majore (C, N, P, K şi S); ™ pH-ul; ™ conţinutul în materie uscată şi materie organică. În cursul evoluţiei lor, substraturile organice pierd mai rapid carbonul (metabolizat şi degajat sub formă de gaz carbonic) decât azotul (metabolizat sau parameters to assess treatment methods of municipal sewage sludge applied to grey forest soil of Tatarstan., Agriculture Ecosystems & Environment 86, 145-153.

346

pierdut sub formă de compuşi azotaţi volatili, precum amoniacul NH3 …). Raportul C/N descreşte constant pe parcursul compostării pentru a se stabiliza la 10 (între 15 şi 8) într-un compost terminat11. Metodele cel mai des folosite în procesul de compostare sunt: compostarea în grămadă neîntoarsă (static windrow), grămadă aerată prin întoarcerea manuală sau mecanică a compostului sau grămadă cu aerare forţată12. Parametrii compostării: A. Temperatura în interiorul masei materialului de compostat determină nivelul la care se petrec numeroase procese biologice şi joacă un rol selectiv asupra evoluţiei şi succesiunii comunităţilor microbiene. În funcţie de tipul de substrat organic supus compostării, temperaturile pot urma diferite curbe de evoluţie, cu pierderi mai mari sau mai mici de căldură. Procesul se desfăşoară în 3 faze : ™ Faza mezofilă (primele 25 de zile ale ciclului de compostare), în timpul căreia microorganismele psichrofile şi mezofile tind să se dezvolte. Temperatura creşte până la 40-50°C ca o consecinţă a biodegradării constituenţilor organici. ™ Faza termofilă (între a 30-a şi a 110-a zi). Temperatura depăşeşte limitele de toleranţă ale microorganismelor mezofile şi permite dezvoltarea microorganismelor termogene. Controlul temperaturii şi menţinerea ei la 65°C în interiorul grămezii de compost este asigurat prin ventilare şi stropire cu apă. ™ Faza de răcire. Temperatura începe să scadă după a 12-a săptămână. Această scădere se petrece odată cu debutul diminuării materiei organice. În timpul acestei faze raportul C/N tinde să se stabilizeze. Spre sfârşitul celor 4 luni de compostare, temperatura rămâne scăzută13. B. pH-ul este un parametru care afectează foarte mult procesul de compostare. Valorile optime ale pH sunt de circa 6-7,5 pentru dezvoltarea bacteriilor, în timp ce ciupercile preferă un pH de 5,5-8,0. Valorile pH sunt scăzute la început, datorită formării acizilor, apoi ele cresc, iar în faza finală a procesului de compostare rămâne constant. C. Aerarea masei de compost constă în a suplimenta conţinutul de O2 care nu trebuie să scadă sub 18 %. Pentru a se menţine această valoare în mod constant este necesară o aerare periodică prin intermediul întoarcerii grămezii de compost sau remanierii. Bacteriile sunt întotdeauna prezente în compost (sunt dominante din punct de vedere cantitativ şi calitativ; au o creştere foarte mare în condiţii de C/N scăzut şi umiditate ridicată; au un spectru larg de activitate în condiţii variate de pH, mai Mustin, J., 1987, Le compost. Gestion de la matière organique, Editions F. Dubuc-Paris. Hassen, A., Belguith, K., Jedidi, N., Cherif, A., Cherif, M., Boudabous, A., 2001, Microbial characterization during composting of municipal solid waste, Bioresource Technology 80, 217-225. 13 Idem. 11 12

347

ales pe substraturi proaspete). Ciupercile sunt dominante dacă C/N este ridicat. Ele participă la degradarea celulozei şi a ligninei, sunt rezistente la umiditate scăzută şi manifestă toleranţă la pH variabil. Actinomicetele atacă substanţele nedegradate de bacterii şi ciuperci (ex. chitine). Dezavantajele folosirii instalaţiilor de compost sunt mici faţă de cele referitoare la depozitarea deşeurilor. Dintre acestea amintim: apariţia emisiilor de praf în toate procesele compostării, degajarea mirosurilor14, apariţia reziduurilor lichide din instalaţiile de compost etc. 17.2.4. Soluţii pentru tratarea şi eliminarea nămolurilor care nu îndeplinesc cerinţele de utilizare în agricultură15 Dacă nămolurile rezultate din epurarea unor ape uzate industriale conţin compuşi organici şi/sau anorganici toxici ce nu permit valorificarea agricolă, depozitarea pe sol sau aplicarea procedeelor de recuperare a substanţelor utile, se face apel la incinerare ca singură alternativă acceptabilă. În timpul incinerării compuşii organici sunt oxidaţi total, iar compuşii minerali sunt transformaţi în oxizi metalici ce se regăsesc în cenuşă. Pentru incinerare se recomandă reducerea prealabilă a umidităţii nămolului brut şi evitarea stabilizării aerobe sau fermentării anaerobe, care diminuează puterea calorică a materialului supus incinerării. O altă soluţie de eliminare a nămolurilor din staţiile de epurare, care nu îndeplinesc cerinţele de utilizare în agricultură este depozitarea. Nămolurile deshidratate se depozitează în incinta staţiilor de epurare sau în rampa de deşeuri a oraşelor respective. Metode termice. Dintre acestea enumerăm: incinerarea deşeurilor, piroliza, coincinerarea şi uscarea. Deşeurile ce pot fi tratate termic sunt cele municipale, nămolul orăşenesc, deşeurile de producţie periculoase sau nepericuloase. Incinerarea se aplică în cazul deşeurilor care nu mai pot fi revalorificate. Scopul urmărit în cazul folosirii acestei metode este acela de a aduce în stare inertă deşeurile reziduale, de a reduce volumul deşeurilor ce ar trebui depozitate, de a distruge materialele organice nocive sau de a concentra pe cele anorganice, de a transfera deşeurile reziduale în materii prime secundare etc. O instalaţie de incinerare trebuie să asigure siguranţa funcţionării. Incinerarea se poate aplica deşeurilor municipale colectate în amestec, deşeurilor reziduale etc. Incineratoarele sunt proiectate în funcţie de tipul deşeurilor. O astfel de instalaţie este realizată astfel încât să cuprindă următoarele activităţi: prelucrarea deşeurilor, stocarea temporară, pretratarea, alimentarea în unitatea de incinerare, eliminarea şi tratarea cenuşii reziduale16, tratarea şi valorificarea emisiilor. În cazul pirolizei, deşeurile organice se transformă prin intermediul O metodă eficientă pentru combaterea mirosurilor o constituie utilizarea biofiltrului. http://www.mmediu.ro 16 Cenuşa reziduală pură conţine: 3-5% material neincinerat, 7-10% metale feroase şi neferoase, 57% granule mari, 80-83% granule fine. 14 15

348

descompunerii termice sub reţinerea aerului în produse ce pot fi valorificate energetic. Piroliza este un procedeu uşor de aplicat, care oferă posibilitatea recuperării energiei şi materiei prime, reducerea volumului deşeurilor etc. Prin transformarea pirolitică a deşeurilor iau naştere produse precum: combustibil, materii prime sub formă de asfalt, ulei, gaze de ardere, reziduuri: cocs, metale, sticlă etc. Gazarea se referă la conversia la temperaturi înalte a materialelor cu conţinut de carbon în combustibil gazos. Pot rezulta în funcţie de soluţia gazantă: aburi, gaz slab etc. Folosirea deşeurilor în sistemele de ardere industrială poartă numele de coincinerare. Prin această metodă se reduce cantitatea de deşeuri depozitate, se valorifică energetic acele deşeuri care nu pot fi valorificate, se conservă resursele de materii prime necesare pentru producerea energiei. Cadrul legal pentru desfăşurarea activităţii de depozitare a deşeurilor este asigurat de Hotărârea Guvernului nr. 349/200517. 17.2.5. Reutilizarea/reciclarea/valorificarea deşeurilor Reutilizarea/ reciclarea unor deşeuri constituie o modalitate de diminuare a cantităţii acestora. Operaţiunile sunt promovate mai ales pentru produse cum sunt uleiurile uzate, anvelope, acumulatori, hârtia, ambalajele de lemn, fierul vechi, masele plastice, sticla etc. Un rol important în posibilitatea de reutilizare revine caracteristicilor iniţiale ale produselor. Reutilizarea/reciclarea depinde de gradul de dispersie al deşeurilor, separarea componentelor, existenţa unor tehnologii capabile să restabilească proprietăţile dispărute prin uzura unor componente etc. Deşeurile trebuie să fie valorificate astfel încât să nu fie pusă în pericol sănătatea umană şi fără a utiliza metode sau procedee susceptibile de a prejudicia mediul18. Dintre modalităţile de reciclare/valorificare a deşeurilor specifice exemplificăm situaţiile referitoare la vehiculele scoase din uz (VSU), a echipamentelor electrice şi electronice şi a PCB. Schema simplificată a modului de tratare a vehiculele scoase din uz este prezentată în figura 17.5. Tratarea VSU se poate realiza fie prin dezmembrare, prin îndepărtarea părţilor componente care pot fi reciclate, reutilizate sau valorificate, fie trimise direct la tocător (la „shredder”). Indiferent de metodă VSU vor trece în prima fază printr-o etapă de depoluare19. Reziduurile de la tocător reprezintă între 15% şi 25 % din masa unui VSU, în funcţie de proporţia materialelor recuperate, şi

Publicat în Monitorul Oficial, Partea I nr. 394 din 10 mai 2005. A se vedea şi O. nr.95/2005 privind stabilirea criteriilor de acceptare şi procedurilor preliminare de acceptare a deşeurilor la depozitare şi lista naţională de deşeuri acceptate în fiecare clasă de depozit de deşeuri, publicat în Monitorul Oficial, Partea I nr.194 din 8 martie 2005. 18 Operaţiunile de valorificare sunt stabilite de Anexa II, OUG nr. 78/2000, rămânând specialiştilor numai alegerea tehnologiei. 19 Pentru detalii legate de etapele tratării a se vedea www.mmediu.ro/departament_mediu 17

349

sunt in general destinate depozitarii finale20. Schimbările reglementarilor cu privire la depozitarea finală au impus cerinţa pretratării acestor reziduuri înainte de a fi depozitate. Pretratarea este de natură termică sau chimică. Incinerarea cu recuperarea energetică este o opţiune pentru rezolvarea problemelor legate de reziduurile rezultate de la tocător, însă aceasta este limitată de capacitatea de stocare. Incinerarea acestor reziduuri se poate face împreună cu deşeurile menajere municipale.

Fig. 17. 5 Tratarea vehiculelor scoase din uz În ceea ce priveşte reciclarea deşeurilor de echipamente electrice şi electronice, în România nu există unităţi de reciclare complete. Organizarea sistemului de management al deşeurilor de echipamente electrice şi electronice implică acţiuni tehnice21 şi de logistică22. Aceste materiale sunt alcătuite din substanţe organice şi anorganice. Substanţele organice sunt în special materialele polimerice (plastice, elastomeri), urmate în cantitate mai mică de produse derivaţi naturali (produse ale fibrelor celulozice, piele). Materialele anorganice cuprind sticla, rugina, praf, etc. 21 Realizarea reţelei de colectare conform planurilor de implementare,amenajarea punctelor de colectare, organizarea sistemului de transport la punctele de colectare/dezemembrare, organizarea sistemului de reutilizare/recuperare a componentelor şi a materialelor refolosibile, organizarea eliminării finale, organizarea înregistraţii datelor privind colectarea, recuperarea, 20

350

Deşeurile care ajung la centrele de colectare/dezmembrare vor fi dezmembrate şi îndepărtate componentele periculoase23. Deşeurile periculoase care rezultă din dezmembrare vor fi depozitate sau vor fi reciclate şi eliminate în fabricile de ciment. Ca variante pentru gestiunea corectă a acestor deşeuri sunt propuse următoarele acţiuni: a. tratarea în cuptoare de ciment echipate special, b. tratarea în incineratoare special construite pentru deşeurile periculoase, c. procese de tratare fizico-chimică (de ex. dehidroclorinarea PBC-urilor), d. exportul în vederea reciclării. Pentru echipamentele care mai pot fi folosite se va organiza un serviciu pentru repararea lor. De asemenea vor intra în circuitul de vânzare şi componentele folosite ca piese de schimb second hand. Deşeurile metalice feroase şi neferoase se vând pentru reciclare, fie în combinatele metalurgice fiind folosite ca materie primă secundară, fie altor agenţi economici prelucrători. Referitor la frigidere se vor extrage agenţii frigorifici (CFC, HCFC si HFC) cu ajutorul unor pompe de recuperare (pe care ar trebui să le aibă fiecare unitate de colectare şi reciclare)24. PCB-urile au fost utilizate în mod intensiv în diverse ramuri industriale - fabricarea de transformatori, condensatori, vopsele, materiale plastice, cerneală, materiale izolatoare, pesticide, plastifianţi etc. In prezent există două surse majore care generează compuşi bifenil policloruraţi şi similari acestora: producţia comercială şi procesele de combustie. Decontaminarea şi eliminarea finală a echipamentelor care conţin PCB poate fi realizată prin tehnologia LTR2 25. Cu toate că majoritatea deşeurilor cu conţinut de PCB au fost deja eliminate prin depozitare în depozite ecologice industriale şi în cele pentru nămoluri de epurare, totuşi PCB-urile pot contamina mediul prin volatilizare şi prin infiltrare în pânza freatica odată cu levigatul.

17.2.6. Reciclarea deşeurilor de ambalaje Ambalajele reprezintă un procent însemnat din cantitatea de deşeuri pe care le producem. Ele sunt colectate şi duse la centrele de reciclare. Conform Hotărârii Guvernului nr. 621/200526 toate ambalajele introduse pe piaţă, indiferent de materialul din care au fost realizate şi de modul lor de utilizare în activităţile economice, comerciale, în gospodăriile populaţiei sau în orice alte activităţi, precum şi toate deşeurile de ambalaje, indiferent de modul de generare sunt supuse prevederilor legale. Principiile specifice activităţii de gestionare a deşeurilor de ambalaje sunt: reutilizarea şi eliminarea deşeurilor de echipamente electrice şi electronice. Stabilirea mecanismelor financiare,monitorizarea pieţei,organizarea inspecţiei şi a controlului sistemului de management al deşeurilor de echipamente electrice şi electronice. 23 Conform anexei 2 din HG 448/2005. 24 http://www.mmediu.ro/departament_mediu/gestiune_deseuri/deee 25 http://www.envio-group.com/index.php?id=22 26 Privind gestionarea ambalajelor şi deşeurilor de ambalaje, publicată în Monitorul Oficial, Partea I nr. 22

639 din 20 iulie 2005.

351

- prevenirea producerii de deşeuri de ambalaje; - reutilizarea ambalajelor; - reciclarea deşeurilor de ambalaje; - alte forme de valorificare a deşeurilor de ambalaje care să conducă la reducerea cantităţilor eliminate prin depozitare finală. Hârtia şi cartonul sunt sortate pe categorii, în funcţie de calitatea lor. După sortare, acestea sunt tratate cu un amestec de apă şi chimicale, pentru a fi transformate într-o pastă de celuloză. Aluminiul este tăiat în bucăţele şi plasat pe o bandă rulantă, unde este tratat cu aer fierbinte pentru a înlătura lacul. Este apoi topit într-un furnal. Metalul topit este verificat pentru a identifica eventuale contaminări cu alte materiale. Sunt turnate lingouri, care la rândul lor, sunt verificate pentru a stabili calitatea metalului. Alte metale sunt procesate în mod similar. Materialele din sticlă trebuie sortate pe culori, apoi sunt transportate la fabrica de sticlă. O parte din deşeurile periculoase colectate pot fi reciclate (solvenţii, uleiul, bateriile auto, bateriile telefoanelor mobile), iar altele trebuie depozitate în locuri special amenajate pentru deşeuri periculoase. Produsele din plastic sunt sortate în funcţie de culoare şi de tipul polimerului. Apoi sunt spălate, tăiate, uscate şi topite în vederea refolosirii27. Deşeurile din construcţii şi demolări pot fi reciclate (pot fi fabricate noi materiale de construcţie: pietriş, nisip etc.). 17.2.7. Deşeuri toxice şi periculoase Problema deşeurilor, în plan cantitativ, este în general localizată. Cu toate acestea, în cazul unor deşeuri industriale cu toxicitate ridicată problema poate să devină de dimensiune internaţională. Deşeurile toxice şi periculoase necesită costuri suplimentare de depozitare, majorate de taxe“verzi”. În multe cazuri, este mai ieftin “exportul” deşeurilor în ţări cu reglementări mai puţin severe în domeniul protecţiei mediului, decât realizarea şi introducerea de noi tehnologii, care necesită investiţii substanţiale28. O soluţie pentru limitarea şi controlul unor astfel de practici a fost impusă prin Convenţia de la Basel privind transportul peste frontieră a deşeurilor periculoase şi al eliminării acestora. În baza acestuia părţile semnatare se obligă să elaboreze un protocol privind răspunderea şi compensarea pagubelor produse ca urmare a transportului peste frontiere al deşeurilor periculoase şi stabilirea unui fond pentru situaţii de urgenţă apărute în timpul transportului deşeurilor. În acelaşi timp, fiecare ţară semnatară trebuie să combată şi să prevină traficul ilegal de deşeuri periculoase, să desemneze autorităţi competente şi puncte focale. Ţările care au aderat la Convenţie trebuie să elaboreze documente privind gospodărirea deşeurilor destinate recuperării şi ghidării tehnice pentru gospodărirea raţională a deşeurilor. Pentru transmiterea informaţiilor şi pentru urmărirea traficului de deşeuri periculoase, părţile utilizează documentarea propusă de Secretariatul Convenţiei şi stabilesc centre regionale de cooperare pentru pregătire de cadre şi 27 28

http://www.sort.ro/index.php?page=DESEURI_AMBALAJE. Florina BRAN, Ildiko IOAN, Ecosfera şi politici ecologice, Biblioteca digitală ASE, p. 168.

352

pentru transfer de tehnologie. România a aderat la cerinţele Convenţiei prin Legea 6/199129 şi a acceptat amendamentele prin Legea nr. 265/200230. Ca urmare, începând cu anul 2007 a fost interzisă trecerea peste graniţă a anumitor deşeuri. În general, în vederea efectuării transportului se efectuează următoarele operaţiuni: - Expeditorul completează un formular pentru aprobarea transportului de deşeuri periculoase; - Formularul pentru aprobarea transportului deşeurilor periculoase este semnat de către expeditor şi transmis către destinatarul deşeurilor; - Destinatarul deşeurilor periculoase, la primirea formularului pentru aprobarea transportului, poate accepta efectuarea transportului sau poate solicita informaţii suplimentare din partea expeditorului. Dacă destinatarul acceptă efectuarea transportului, semnează şi ştampilează documentul pentru aprobarea transportului. - Documentul pentru aprobarea transportului se transmite la agenţia pentru protecţia mediului sub jurisdicţia căreia se află instalaţia de valorificare/eliminare, pentru a se obţine din partea acesteia aprobarea pentru efectuarea transportului. Dacă aceasta este de acord cu operaţiile de valorificare sau eliminare aplicate deşeurilor periculoase de către destinatar, aprobă efectuarea transportului prin semnarea şi ştampilarea documentului pentru aprobarea transportului. - Documentul pentru aprobarea transportului, care conţine aprobările date de către agenţia pentru protecţia mediului şi acceptarea de către destinatar a deşeurilor periculoase, se transmite expeditorului, care îl prezintă inspectoratului de protecţie civilă sub a cărui jurisdicţie se află, pentru avizarea rutei transportului de deşeuri periculoase. - Stabilirea rutei de transport a deşeurilor periculoase se face de către expeditor şi transportator, se avizează de către inspectoratul de protecţie civilă judeţean şi se înscrie în documentele de însoţire a transportului. La stabilirea rutei de transport, în cazul transportului rutier, se va avea în vedere ocolirea localităţilor mari (oraşelor). În cazul transportului de deşeuri periculoase pe calea ferată, agenţia pentru protecţia mediului aprobă efectuarea transportului numai dacă a obţinut în prealabil acceptul transportatorului. Deşeurile periculoase care fac obiectul transportului trebuie să fie ambalate în conformitate cu prevederile legale referitoare la transportul mărfurilor periculoase. 17.2.8. Evidenţa gestiunii deşeurilor Conceptele de management al deşeurilor trebuie să furnizeze o privire de ansamblu asupra situaţiei gospodăririi deşeurilor într-o regiune. Trebuie să indice publicată în Monitorul Oficial, Partea I, nr. 18 din 26 ianuarie 1991. 30 Publicat în Monitorul Oficial, Partea I nr. 352 din 27 mai 2002. 29

353

perspective şi acţiuni necesare şi astfel, să joace rolul de linie directoare pentru acţiunea în domeniul managementului deşeurilor. Agenţii economici care generează deşeuri au obligaţia de a ţine o evidenţă a gestiunii acestora şi de a transmite aceste date autorităţilor publice teritoriale pentru protecţia mediului, la cererea acestora31.

31

Hotărârea Guvernului nr. 856/2002 privind evidenţa gestiunii deşeurilor şi pentru aprobarea listei cuprinzând deşeurile, inclusiv deşeurile periculoase , publicată în Monitorul Oficial, Partea I nr. 659 din 5 septembrie 2002.

354

18 Alte tipuri de poluare 18.1. Poluarea sonoră 18.1.1. Surse de zgomot În ultima vreme, în marile oraşe, omul este supus unei agresiuni continue, determinată de diferite zgomote1 (produse de maşini, utilaje, aparate casnice sau industriale). Unitatea de măsură a intensităţii sunetelor este decibelul (db). Poluarea sonoră poate fi generată de surse naturale şi surse artificiale. Sursele artificiale de zgomot sunt: - mijloacele de transport-rutiere (80-90dB), feroviare, aeriene (avion la decolare-120-130 dB); - zgomotele de vecinătate – stabilimente industriale, şantiere, dar şi utilizarea aparatelor casnice (un aspirator produce 50 dB, un frigider 20 dB), concerte rock (110dB) etc. Omul percepe sunete cu o frecvenţă între 16 şi 20000 vibraţii pe secundă şi cu o intensitate între 0 şi 120 db. Zgomotul poate afecta auzul omului, fie printr-o oboseală auditivă (care reprezintă un deficit provizoriu de auz), care se manifestă de la 75 la 80 dB, fie prin efect de mască (adică zgomotul împiedică auzirea conversaţiilor ori semnalelor de pericol), fie o pierdere definitivă a auzului, care survine în caz de zgomot intens şi prelungit (peste 85 dB timp de 8 ore pe zi, de-a lungul mai multor ani). În tabelul 18.1 sunt prezentate câteva date referitoare la intensitatea zgomotului din diverse locaţii: Tabelul 18.1. Intensitatea zgomotului dB 0 10 20 40 50-60 70 1

Explicaţie Prag auditiv Sunetele naturii Bibliotecă Conversaţie Zgomot într-un birou aglomerat Aspirator

Sunetul reprezintă o mişcare ondulatorie a particulelor unui mediu elastic care produce o senzaţie auditivă, iar zgomotul este un complex de sunete fără caracter periodic cu insurgenţă dezagreabilă, care afectează starea psihologică şi chiar biologică a oamenilor şi a altor organisme din natură. Urechea umană percepe sunete în intervalul 16 - 20000 Hz, valorile mici corespunzând unor sunete joase, iar cele mari unor sunete înalte. Sunetele cu frecvenţe sub 16 Hz se numesc infrasunete iar cele cu peste 20000 Hz, ultrasunete.

355

80 90 100 110 120 130 120-140

Zgomotul trenului Zgomot de stradă Ciocan pneumatic Concert rock Motorul pornit al avionului cu reacţie Avion cu reacţie în timpul decolării Pragul dureros

18.1.2. Efectul poluării sonore In general zgomotul are o acţiune complexă asupra organismului uman deoarece este perceput selectiv, acţionează asupra întregului organism. Frecvenţa sunetelor componente ale zgomotului are şi ea o anumită importanţă în definirea efectului vătămător, deoarece nu toate frecvenţele sunt auzite de om cu aceeaşi intensitate sonoră, la acelaşi impuls al traductorului electric. Din această cauză, la măsurători se ia întotdeauna ca referinţă S0, semnalul sonor la 1.000 Hz2. La efectele sunetelor audibile se adaugă efectele ultrasunetelor şi cele datorate infrasunetelor. Acestea însoţesc unele fenomene naturale, furtuni, cutremure, erupţii vulcanice şi sunt "percepute" de organisme ultrasensibile (sugari, păsări, animale mici etc.), dar apar şi în cadrul unor activităţi industriale sau de transport. Ultrasunetele sunt mai puţin agresive, efectele negative pentru om apărând doar prin iradiere îndelungată, cu radiaţii de energii mari. In schimb, infrasunetele pot provoca stări de disconfort. Zgomotul poate avea, de asemenea, efecte asupra sistemului cardio-vascular, sistemului digestiv ori psihicului - fiind un agent de stres, poate împiedica dezvoltarea limbajului şi deprinderea cititului la copii3. 18.1.3. Diminuarea poluării sonore În scopul reducerii nivelului de zgomot s-au stabilit anumite limite admise. Pentru aceasta se foloseşte noţiunea de nivel acustic continuu echivalent la locul de muncă4. În România normele admise sunt: 90 dB în halele industriale; 75 dB în locuri cu solicitare mare-centrale telefonice, centre de calcul, 60 dB în laboratoarele de cercetare-proiectare, 50 dB în zonele de locuit urbane, 45 dB în zonele de recreere şi zone protejate. Realizarea acestor nivele, în condiţiile existenţei unor utilaje şi construcţii Camelia CĂPĂŢÎNĂ, I.TOMESCU, Poluarea sonoră, 8th International Conference Târgu Jiu, May 24-26, 2002. 3 M.Duţu, 1998, Ecologie, AMD, Bucureşti. 4 Definită ca nivelul acustic în dB al unui zgomot stabil care, acţionând pe toata durata săptămânii de lucru de 40 ore are un efect auditiv similar cu efectul rezultant al zgomotelor cu durate şi tării variabile înregistrate la locul de muncă în timpul unei săptămâni. Pentru măsurarea lui se folosesc dozimetre speciale. 2

356

date (şi implicit cu un zgomot dat) se poate realiza prin izolarea utilajului (de la aşezarea pe elemente vibroizolante din cauciuc până la închiderea sa în carcase fonoizolante rigide duble căptuşite cu materiale fonoabsorbante), protejarea personalului muncitor cu antifoane, acoperirea pereţilor cu materiale care să absoarbă şi să nu reflecte zgomotele. În ceea ce priveşte locuinţele, diminuarea zgomotului se poate realiza prin plantarea de perdele de arbori intercalaţi cu arbuşti între ele şi şosea, aşezarea blocurilor "cu spatele" la şosea, construirea lor din materiale fonoizolante (de exemplu beton celular autoclavizat - BCA)5. De asemenea, pentru diminuarea poluării fonice se impune proiectarea de aparate electronice (frigidere, aspiratoare, maşini de spălat, mixere) cât mai silenţioase. Probleme foarte grele de combatere a zgomotului se pun pe marile artere de circulaţie şi în special pe traseul autostrăzilor. Pentru reducerea zgomotului se pot construi ecrane pe marginea autostrăzilor. Dar acestea au şi unele dezavantaje: alterează peisajul, accentuează monotonia traseului, prin îngrădirea fizică a autostrăzii favorizează acumulările de gaze toxice etc. Deci aceste ecrane nu pot constitui decât soluţii locale (în preajma zonelor locuibile traversate de autostrăzi). 18.2. Poluarea radioactivă 18.2.1. Surselor de poluare Radiaţiile constau în emisia şi transmiterea în spaţiu a energiei sub formă de unde electromagnetice sau asociată particulelor (radiaţie corpusculară). Sursele de radiaţii în mediu sunt clasificate astfel: - surse naturale de iradiere - reprezentate de roci naturale existente în scoarţă şi un flux de raze cosmice constituite din diferite particule elementare provenite din spaţiul cosmic sau rezultate din interacţiunea acestora cu atmosfera înaltă; - surse artificiale - producerea izotopilor artificiali folosiţi pentru stabilirea structurii materiei, în medicină, fizică, tehnică – utilizarea TV, ceasuri electronice, materiale de construcţie, folosirea energiei atomice etc. (fig. 18.1). Pentru a urmări acţiunea radiaţiilor penetrante se folosesc următoarele mărimi: a) activitatea unei surse - definită prin numărul de dezintegrări (implicit de impulsuri de radiaţii) în unitatea de timp. Unitatea de măsură este curie. 1 Ci = 3,7 x 1010 dezintegrări/secundă şi reprezintă activitatea unui gram de radiu. Această mărime poate da indicaţii relative asupra concentraţiei de izotopi radioactivi dintr-un corp. b) doza absorbită - caracterizează cantitatea de energie absorbită pe unitatea de masă organică (Ńesut). Unitatea de măsura este rad (radiations absorbed dose), echivalent cu o absorbţie de energie de 100 erg/g (0,01 J/kg) pentru orice tip de radiaţii. 1 rad = 10-2 J/kg (respectiv, în S.I., 1 rad = 10-2 Gy (gray). 5

Un efect notabil de reducere al zgomotului, însoţit şi de o foarte bună izolare termică, îl prezintă geamurile tip termopan.

357

c) echivalentul de doză evidenţiază interacţiunea diferită a radiaţiilor de energie egală, dar de natură diferită, cu organismele vii. Gradul de vătămare biologică se urmăreşte luând în calcul un factor de calitate Q, care ţine cont de capacitatea fiecărei radiaţii de a produce efecte biologice.

Fig. 18. 1 Surse de radiaţii la care sunt expuşi locuitorii US Unitatea de măsură este rem (roentgen eqnivalent man) şi reprezintă doza absorbită înmulţită cu factorul de calitate Q. 1 rem =1/100 Sv (Sievert, unitate în SI, care este definită ca energia de 1 Gy cu factor de calitate 1, absorbită de 1 kg Ńesut viu). 18.2.2. Efectele contaminării radioactive6 Din punct de vedere al efectelor poluante pe care le produc, cele mai periculoase sunt radiaţiile penetrante, respectiv radiaţiile X (cunoscute şi sub numele de radiaţii Roentgen) şi radiaţiile gama. Radiaţiile Roentgen sunt folosite în fizică, medicină, la diagnostic şi tratament, în tehnicile de defectoscopie nedestructivă. Radiaţiile γ apar în urma reacţiilor nucleare. Radioactivitatea este proprietatea unor nuclee atomice de a prezenta fenomenul de dezintegrare, care poate avea loc de la sine cu emisie de radiaţii α, β şi γ sau prin bombardarea unor nuclee cu diferite particule accelerate. Fenomenul de dezintegrare este caracterizat prin viteza cu care se desfăşoară, respectiv timpul de înjumătăţire (T1/2) care reprezintă timpul în care jumătate din cantitatea de nuclee considerate într-o anumită masă de substanţă radioactivă se dezintegrează. Timpul de înjumătăţire 6

http://www.epa.gov/ebtpages/radiradiationeffects.html

358

variază în limite foarte largi, de la fracţiuni de secundă (în cazul izotopilor artificiali ai elementelor transuraniene ) la mii de ani şi mai mult : - Toriu (232 Th) - 13,4.109 ani (natural) - Uraniu (238 U) - 4,5.109 ani (natural) - Potasiu (40 K) - 1,3.109 ani (natural) - Plutoniu (239 Pu) - 24500 ani (artificial) - Carbon (14 C) - 5568 ani (natural) - Fosfor (32 P) - 14,5 zile (artificial) - Iod (131 I2) - 8 zile (artificial). Interacţiunea radiaţiilor cu materia, în faza iniţială, nu diferă dacă aceasta este vie sau nu, ea constând în transferul de energie. Deosebirea fundamentală apare datorită comportării diferite a produşilor rezultaţi din interacţiunea primară, care depinde de tipul şi energia radiaţiei şi de compoziţia chimică a materiei. Datorită marii diversităţi în structura materiei vii, interacţiunea radiaţiilor cu aceasta va produce o multitudine de efecte care, de multe ori, sunt dificil de explicat. Astfel, un flux de radiaţii X sau gama va interacţiona în alt mod decât un flux de neutroni, iar radiaţiile gama acţionează diferit asupra ţesutului adipos faţă de ţesutul osos. În general, efectul nociv al radiaţiilor depinde de tipul de radiaţie, energia radiaţiei, durata de iradiere. Referitor la parcursul radiaţiilor, radiaţiile alfa sunt oprite de stratul superficial al pielii (deci, în contaminarea externă a omului, efectele sunt foarte reduse). Radiaţiile beta pot traversa mai mulţi centimetri de ţesut, iar radiaţiile gama şi cele cosmice sunt capabile să traverseze blindaje de plumb de mai mulţi metri. Neutronii rapizi pot cauza distrugeri grave la nivelul celulei, printre cele mai periculoase fiind ruperea fragmentelor lanţurilor acizilor nucleici. Aceleaşi efecte grave asupra structurilor celulare pot produce radiaţiile alfa, în cazul contaminărilor interne7. Efectul radiaţiilor asupra materiei se manifestă, mai întâi, prin ionizarea materiei vii (mai ales a apei din structura sa, acţiune numită şi radioliza apei). Radicalii liberi şi ionii rezultaţi prezintă o mare reactivitate chimică care poate duce la modificarea diverşilor constituenţi celulari, la formarea de peroxizi şi a altor compuşi citotoxici. Radiaţiile ionizante pot produce şi importante distrugeri celulare, mai ales când sunt emise din interiorul organismului (contaminarea internă cu radionuclizi care emit radiaţii alfa şi beta). În iradierile cu neutroni, în afara ionizărilor şi distrugerilor subcelulare, poate apărea şi radioactivitatea indusă (nuclizii C, Na, K etc. din corp devin radioactivi). Efectele biologice8 ale radiaţiilor ionizante pot fi grupate astfel: - Efectele somatice, care apar la nivelul celulelor somatice şi acţionează 7 8

http://www.eionet.europa.eu. Jose M. Feola, Hung-Nien Hwang, J. Lawrence Beach, And Yosh Maruyama, 1985 - Relative Biological Effectiveness of 252Cf Radiation as Estimated by Thymus Weight Loss, Journal of Radiation Research , Vol.26, Nr.1, 140-149; Ch. Michel,1991 - Radiobiological fundamentals in radioepidemiology and radiation protection, Radiobiological fundamentals in radioepidemiology and radiation protection, Volume 36, Numbers 4-5, 225-229.

359

asupra fiziologiei individului expus, provocând unele distrugeri care duc fie la moartea rapidă, fie la reducerea semnificativă a speranţei medii de viaţă. Leziunile somatice apar în timpul vieţii individului iradiat. În funcţie de timpul când apar aceste leziuni pot fi imediate sau tardive. Efectele somatice imediate sau pe termen scurt se manifestă la câteva zile, săptămâni sau luni după iradiere. O iradiere locală (internă sau externă) se poate manifesta numai prin efecte la nivelul ţesutului respectiv, în timp ce o iradiere a întregului corp poate duce la apariţia unor efecte generalizate. Efectele imediate sunt, de regulă, nestochastice (nealeatorii), adică se produc la toţi indivizii expuşi la o cantitate de radiaţii superioară dozei prag. Efectele somatice tardive sunt cele care apar după o perioadă mai lungă de timp, de ordinul anilor, numită perioadă de latenţă şi se manifestă, în principal, sub formă de leucemie sau cancer. Aceste efecte sunt de natură stochastică (aleatorie), în sensul că este imposibil de evidenţiat o relaţie cauzală directă. Probabilitatea producerii unui efect este proporţională cu doza de iradiere. Corelaţia dintre doza de iradiere şi efectele induse se poate stabili numai în cazul unei populaţii numeroase de indivizi iradiaţi. - Efectele genetice (ereditare), apar în celulele germinale (sexuale) din gonade (ovar şi testicul). Cercetările au arătat că aceste celule, în perioada înmulţirii, sunt foarte sensibile la radiaţiile ionizante, ceea ce explică acţiunea mutagenă. Apariţia unor mutaţii letale sau subletale la descendenţi se datorează unor efecte imediate ale radiaţiilor cum ar fi: alterarea cromozomilor (translocaţii, apariţia de extrafragmente), ruperea unor segmente de cromatină, alterarea chimică a codului genetic, fie prin acţiunea radicalilor liberi asupra bazelor azotate ale acizilor nucleici, fie prin ruperea lanţului aceloraşi acizi, datorită dezintegrării H-3 sau C-14 în He şi, respectiv, N. Efectul radiaţiilor asupra ADN-ului – sub efectul radiaţiilor o catenă din structura ADN poate suferi o leziune pe care celula va încerca să o repare duplicând cealaltă catenă. Totuşi, copia poate să nu fie identică cu originalul, ceea ce provoacă o modificare a informaţiei genetice. De aici pot rezulta efecte mutagene ereditare care se vor manifesta după câteva generaţii, sub forma malformaţiilor congenitale. Astfel de efecte ereditare au fost observate în laborator, la animale (şoareci, Drosophila etc.), dar până acum nici unul din aceste efecte nu a putut fi dovedit la om. După tipul de ionizare produs în urma contaminării cu radiaţii ionizante, deprecierea ADN poate fi descrisă sub două aspecte: • în cazul ionizării directe bazele pirimidinice ale ADN-ului (Citozină, Timină) au atunci tendinţa să capteze electroni, iar bazele sale purinice (Adenină, Guanină) să piardă. • în cazul ionizării indirecte radiaţiile induc fragmente de molecule de apă în apropierea ADN-ului (radioliza apei), creând astfel specii reactive ale oxigenului (radicalii liberi, cum ar fi radicalul -OH) care alterează materialul genetic. Aceste alterări, numite “leziuni radioinduse ale ADN” sunt clasate în patru categorii: baze modificate, pierderea bazelor, spargerea unei catene sau a ambelor 360

din dublul helix şi realizarea unei punţi proteice. Comisia Internaţională pentru Protecţie Radiologică (CIPR) consideră că “se poate accepta pentru umanitate o valoare limită de expunere la radiaţii ionizante corespunzând dublului dozei medii la care omul este expus în condiţii naturale”, ceea ce presupune că specia umană este adaptată la iradierea prezentă în mediul său de viaţă. Efectul cancerigen este unul din efectele cele mai frecvent evocate când este vorba de radiaţii ionizante. Astăzi, majoritatea cancerelor induse de aceste radiaţii sunt analizate în termeni de “factori de iniţiere carcinogenetică” sau “risc competitiv”, termeni care descriu supravieţuirea indivizilor dintr-o populaţie până în momentul în care neoplazia devine posibilă. Transformarea unei celule normale într-o celulă neoplazică nu apare decât atunci când celula canceroasă are condiţii favorabile de dezvoltare şi când sunt învinse reacţiile de apărare ale organismului uman. 18.2.3. Evaluarea cantitativă a radioactivităţii factorilor de mediu Radioactivitatea mediului este investigată şi evaluată permanent prin metode radiochimice-radiometrice urmărindu-se, ca principal obiectiv centralizarea unor date privind: ™ prezenţa radionuclizilor naturali sau artificiali în aer, apă, alimente şi organisme; ™ expunerile la radiaţia naturală gama, terestră şi cosmică, sau la radiaţia artificială gama în cazul producerii unui eveniment nuclear; ™ concentraţiile de radon şi de thoron în interiorul şi exteriorul clădirilor; ™ expunerile personalului ocupat profesional şi ale membrilor populaţiei datorate existenţei şi prelucrării minereurilor sau ca urmare a utilizării, tratării ori depozitării deşeurilor radioactive, precum şi numărul persoanelor implicate; ™ cantităţile de cărbune, fier şi alte minereuri, tipul exploatărilor miniere (subteran sau la suprafaţă); ™ concentraţiile radionuclizilor prezenţi în minereuri, în spaţii subterane, în efluenţii eliberaţi în aer, în apă şi în deşeuri; ™ modul de utilizare şi metodele de stocare a deşeurilor şi impactul unor asemenea practici asupra expunerii populaţiei. Este important de subliniat faptul că metodele de evaluare a iradierii naturale suplimentare şi a celei produse de factori artificiali sunt continuu analizate şi îmbunătăţite de specialişti, în cadrul forurilor ştiinţifice internaţionale. Pentru studiul radioactivităţii datorate radionuclizilor emiţători de radiaţii gama principalele metode e investigare radiometrice sunt: ™ măsurători ale intensităţii globale de emisie a acestor radiaţii, fără discriminare energetică şi ™ analize spectrometrice gama prin care este determinată intensitatea 361

radiaţiilor separat, pe diferite categorii de energii ale acestora, obţinându-se în final informaţiile necesare pentru evaluarea calitativă şi cantitativă a conţinuturilor de radionuclizi în materialele care fac obiectul cercetării. O categorie aparte dintre metodele spectrometrice gama o reprezintă aerospectrometria. Sistemele aerospectrometrice gama destinate pentru cartarea radioelementelor naturale (uraniu, thoriu, potasiu) pot fi utilizate şi pentru investigaţii cu caracter ecologic. Aceste sisteme prezintă avantajul rapidităţii investigării, acţionând pe areale largi în timp scurt şi cu grad de sensibilitate adecvat. În tabelul 18.2 sunt prezentaţi câţiva radionuclizi artificiali, care pot fi eliminaţi în mediu în cazul unui eveniment produs la un obiectiv nuclear şi naturali, emiţători de radiaţii gama, cu principalele energii şi timpii de înjumătăţire. După cum se poate observa, cea mai mare parte a energiilor radionuclizilor artificiali sunt departe de energiile relativ înalte, utilizate în mod obişnuit pentru măsurarea radioelementelor naturale U, Th şi K. Tabelul 18.2. Nuclid Artificiali: 95 Zr 95 Nb 99 Mo 103 Ru 106 Ru 131 I 132 Te 134 Cs 137 Cs 140 Ba/La Naturali: 40 K Seria uraniului: 214 Pb 214 Bi Seria thoriului: 228 Ac 208 Tl

Cele mai importante energii ale radiaţiilor gama (keV) 724, 756 765 740 497 512 364 230 605, 795 662 1596

Timpi de înjumătăţire (zile) 65 35 3 40 368 8 3 730 11000 13

1460

1,3×109 ani U - 4,51×109 ani

238

350 609, 1120, 1764 1,39×1010 ani 910, 960 583, 2620

362

18 Alte tipuri de poluare 18.1. Poluarea sonoră 18.1.1. Surse de zgomot În ultima vreme, în marile oraşe, omul este supus unei agresiuni continue, determinată de diferite zgomote1 (produse de maşini, utilaje, aparate casnice sau industriale). Unitatea de măsură a intensităţii sunetelor este decibelul (db). Poluarea sonoră poate fi generată de surse naturale şi surse artificiale. Sursele artificiale de zgomot sunt: - mijloacele de transport-rutiere (80-90dB), feroviare, aeriene (avion la decolare-120-130 dB); - zgomotele de vecinătate – stabilimente industriale, şantiere, dar şi utilizarea aparatelor casnice (un aspirator produce 50 dB, un frigider 20 dB), concerte rock (110dB) etc. Omul percepe sunete cu o frecvenţă între 16 şi 20000 vibraţii pe secundă şi cu o intensitate între 0 şi 120 db. Zgomotul poate afecta auzul omului, fie printr-o oboseală auditivă (care reprezintă un deficit provizoriu de auz), care se manifestă de la 75 la 80 dB, fie prin efect de mască (adică zgomotul împiedică auzirea conversaţiilor ori semnalelor de pericol), fie o pierdere definitivă a auzului, care survine în caz de zgomot intens şi prelungit (peste 85 dB timp de 8 ore pe zi, de-a lungul mai multor ani). În tabelul 18.1 sunt prezentate câteva date referitoare la intensitatea zgomotului din diverse locaţii: Tabelul 18.1. Intensitatea zgomotului dB 0 10 20 40 50-60 70 1

Explicaţie Prag auditiv Sunetele naturii Bibliotecă Conversaţie Zgomot într-un birou aglomerat Aspirator

Sunetul reprezintă o mişcare ondulatorie a particulelor unui mediu elastic care produce o senzaţie auditivă, iar zgomotul este un complex de sunete fără caracter periodic cu insurgenţă dezagreabilă, care afectează starea psihologică şi chiar biologică a oamenilor şi a altor organisme din natură. Urechea umană percepe sunete în intervalul 16 - 20000 Hz, valorile mici corespunzând unor sunete joase, iar cele mari unor sunete înalte. Sunetele cu frecvenţe sub 16 Hz se numesc infrasunete iar cele cu peste 20000 Hz, ultrasunete.

355

80 90 100 110 120 130 120-140

Zgomotul trenului Zgomot de stradă Ciocan pneumatic Concert rock Motorul pornit al avionului cu reacţie Avion cu reacţie în timpul decolării Pragul dureros

18.1.2. Efectul poluării sonore In general zgomotul are o acţiune complexă asupra organismului uman deoarece este perceput selectiv, acţionează asupra întregului organism. Frecvenţa sunetelor componente ale zgomotului are şi ea o anumită importanţă în definirea efectului vătămător, deoarece nu toate frecvenţele sunt auzite de om cu aceeaşi intensitate sonoră, la acelaşi impuls al traductorului electric. Din această cauză, la măsurători se ia întotdeauna ca referinţă S0, semnalul sonor la 1.000 Hz2. La efectele sunetelor audibile se adaugă efectele ultrasunetelor şi cele datorate infrasunetelor. Acestea însoţesc unele fenomene naturale, furtuni, cutremure, erupţii vulcanice şi sunt "percepute" de organisme ultrasensibile (sugari, păsări, animale mici etc.), dar apar şi în cadrul unor activităţi industriale sau de transport. Ultrasunetele sunt mai puţin agresive, efectele negative pentru om apărând doar prin iradiere îndelungată, cu radiaţii de energii mari. In schimb, infrasunetele pot provoca stări de disconfort. Zgomotul poate avea, de asemenea, efecte asupra sistemului cardio-vascular, sistemului digestiv ori psihicului - fiind un agent de stres, poate împiedica dezvoltarea limbajului şi deprinderea cititului la copii3. 18.1.3. Diminuarea poluării sonore În scopul reducerii nivelului de zgomot s-au stabilit anumite limite admise. Pentru aceasta se foloseşte noţiunea de nivel acustic continuu echivalent la locul de muncă4. În România normele admise sunt: 90 dB în halele industriale; 75 dB în locuri cu solicitare mare-centrale telefonice, centre de calcul, 60 dB în laboratoarele de cercetare-proiectare, 50 dB în zonele de locuit urbane, 45 dB în zonele de recreere şi zone protejate. Realizarea acestor nivele, în condiţiile existenţei unor utilaje şi construcţii Camelia CĂPĂŢÎNĂ, I.TOMESCU, Poluarea sonoră, 8th International Conference Târgu Jiu, May 24-26, 2002. 3 M.Duţu, 1998, Ecologie, AMD, Bucureşti. 4 Definită ca nivelul acustic în dB al unui zgomot stabil care, acţionând pe toata durata săptămânii de lucru de 40 ore are un efect auditiv similar cu efectul rezultant al zgomotelor cu durate şi tării variabile înregistrate la locul de muncă în timpul unei săptămâni. Pentru măsurarea lui se folosesc dozimetre speciale. 2

356

date (şi implicit cu un zgomot dat) se poate realiza prin izolarea utilajului (de la aşezarea pe elemente vibroizolante din cauciuc până la închiderea sa în carcase fonoizolante rigide duble căptuşite cu materiale fonoabsorbante), protejarea personalului muncitor cu antifoane, acoperirea pereţilor cu materiale care să absoarbă şi să nu reflecte zgomotele. În ceea ce priveşte locuinţele, diminuarea zgomotului se poate realiza prin plantarea de perdele de arbori intercalaţi cu arbuşti între ele şi şosea, aşezarea blocurilor "cu spatele" la şosea, construirea lor din materiale fonoizolante (de exemplu beton celular autoclavizat - BCA)5. De asemenea, pentru diminuarea poluării fonice se impune proiectarea de aparate electronice (frigidere, aspiratoare, maşini de spălat, mixere) cât mai silenţioase. Probleme foarte grele de combatere a zgomotului se pun pe marile artere de circulaţie şi în special pe traseul autostrăzilor. Pentru reducerea zgomotului se pot construi ecrane pe marginea autostrăzilor. Dar acestea au şi unele dezavantaje: alterează peisajul, accentuează monotonia traseului, prin îngrădirea fizică a autostrăzii favorizează acumulările de gaze toxice etc. Deci aceste ecrane nu pot constitui decât soluţii locale (în preajma zonelor locuibile traversate de autostrăzi). 18.2. Poluarea radioactivă 18.2.1. Surselor de poluare Radiaţiile constau în emisia şi transmiterea în spaţiu a energiei sub formă de unde electromagnetice sau asociată particulelor (radiaţie corpusculară). Sursele de radiaţii în mediu sunt clasificate astfel: - surse naturale de iradiere - reprezentate de roci naturale existente în scoarţă şi un flux de raze cosmice constituite din diferite particule elementare provenite din spaţiul cosmic sau rezultate din interacţiunea acestora cu atmosfera înaltă; - surse artificiale - producerea izotopilor artificiali folosiţi pentru stabilirea structurii materiei, în medicină, fizică, tehnică – utilizarea TV, ceasuri electronice, materiale de construcţie, folosirea energiei atomice etc. (fig. 18.1). Pentru a urmări acţiunea radiaţiilor penetrante se folosesc următoarele mărimi: a) activitatea unei surse - definită prin numărul de dezintegrări (implicit de impulsuri de radiaţii) în unitatea de timp. Unitatea de măsură este curie. 1 Ci = 3,7 x 1010 dezintegrări/secundă şi reprezintă activitatea unui gram de radiu. Această mărime poate da indicaţii relative asupra concentraţiei de izotopi radioactivi dintr-un corp. b) doza absorbită - caracterizează cantitatea de energie absorbită pe unitatea de masă organică (Ńesut). Unitatea de măsura este rad (radiations absorbed dose), echivalent cu o absorbţie de energie de 100 erg/g (0,01 J/kg) pentru orice tip de radiaţii. 1 rad = 10-2 J/kg (respectiv, în S.I., 1 rad = 10-2 Gy (gray). 5

Un efect notabil de reducere al zgomotului, însoţit şi de o foarte bună izolare termică, îl prezintă geamurile tip termopan.

357

c) echivalentul de doză evidenţiază interacţiunea diferită a radiaţiilor de energie egală, dar de natură diferită, cu organismele vii. Gradul de vătămare biologică se urmăreşte luând în calcul un factor de calitate Q, care ţine cont de capacitatea fiecărei radiaţii de a produce efecte biologice.

Fig. 18. 1 Surse de radiaţii la care sunt expuşi locuitorii US Unitatea de măsură este rem (roentgen eqnivalent man) şi reprezintă doza absorbită înmulţită cu factorul de calitate Q. 1 rem =1/100 Sv (Sievert, unitate în SI, care este definită ca energia de 1 Gy cu factor de calitate 1, absorbită de 1 kg Ńesut viu). 18.2.2. Efectele contaminării radioactive6 Din punct de vedere al efectelor poluante pe care le produc, cele mai periculoase sunt radiaţiile penetrante, respectiv radiaţiile X (cunoscute şi sub numele de radiaţii Roentgen) şi radiaţiile gama. Radiaţiile Roentgen sunt folosite în fizică, medicină, la diagnostic şi tratament, în tehnicile de defectoscopie nedestructivă. Radiaţiile γ apar în urma reacţiilor nucleare. Radioactivitatea este proprietatea unor nuclee atomice de a prezenta fenomenul de dezintegrare, care poate avea loc de la sine cu emisie de radiaţii α, β şi γ sau prin bombardarea unor nuclee cu diferite particule accelerate. Fenomenul de dezintegrare este caracterizat prin viteza cu care se desfăşoară, respectiv timpul de înjumătăţire (T1/2) care reprezintă timpul în care jumătate din cantitatea de nuclee considerate într-o anumită masă de substanţă radioactivă se dezintegrează. Timpul de înjumătăţire 6

http://www.epa.gov/ebtpages/radiradiationeffects.html

358

variază în limite foarte largi, de la fracţiuni de secundă (în cazul izotopilor artificiali ai elementelor transuraniene ) la mii de ani şi mai mult : - Toriu (232 Th) - 13,4.109 ani (natural) - Uraniu (238 U) - 4,5.109 ani (natural) - Potasiu (40 K) - 1,3.109 ani (natural) - Plutoniu (239 Pu) - 24500 ani (artificial) - Carbon (14 C) - 5568 ani (natural) - Fosfor (32 P) - 14,5 zile (artificial) - Iod (131 I2) - 8 zile (artificial). Interacţiunea radiaţiilor cu materia, în faza iniţială, nu diferă dacă aceasta este vie sau nu, ea constând în transferul de energie. Deosebirea fundamentală apare datorită comportării diferite a produşilor rezultaţi din interacţiunea primară, care depinde de tipul şi energia radiaţiei şi de compoziţia chimică a materiei. Datorită marii diversităţi în structura materiei vii, interacţiunea radiaţiilor cu aceasta va produce o multitudine de efecte care, de multe ori, sunt dificil de explicat. Astfel, un flux de radiaţii X sau gama va interacţiona în alt mod decât un flux de neutroni, iar radiaţiile gama acţionează diferit asupra ţesutului adipos faţă de ţesutul osos. În general, efectul nociv al radiaţiilor depinde de tipul de radiaţie, energia radiaţiei, durata de iradiere. Referitor la parcursul radiaţiilor, radiaţiile alfa sunt oprite de stratul superficial al pielii (deci, în contaminarea externă a omului, efectele sunt foarte reduse). Radiaţiile beta pot traversa mai mulţi centimetri de ţesut, iar radiaţiile gama şi cele cosmice sunt capabile să traverseze blindaje de plumb de mai mulţi metri. Neutronii rapizi pot cauza distrugeri grave la nivelul celulei, printre cele mai periculoase fiind ruperea fragmentelor lanţurilor acizilor nucleici. Aceleaşi efecte grave asupra structurilor celulare pot produce radiaţiile alfa, în cazul contaminărilor interne7. Efectul radiaţiilor asupra materiei se manifestă, mai întâi, prin ionizarea materiei vii (mai ales a apei din structura sa, acţiune numită şi radioliza apei). Radicalii liberi şi ionii rezultaţi prezintă o mare reactivitate chimică care poate duce la modificarea diverşilor constituenţi celulari, la formarea de peroxizi şi a altor compuşi citotoxici. Radiaţiile ionizante pot produce şi importante distrugeri celulare, mai ales când sunt emise din interiorul organismului (contaminarea internă cu radionuclizi care emit radiaţii alfa şi beta). În iradierile cu neutroni, în afara ionizărilor şi distrugerilor subcelulare, poate apărea şi radioactivitatea indusă (nuclizii C, Na, K etc. din corp devin radioactivi). Efectele biologice8 ale radiaţiilor ionizante pot fi grupate astfel: - Efectele somatice, care apar la nivelul celulelor somatice şi acţionează 7 8

http://www.eionet.europa.eu. Jose M. Feola, Hung-Nien Hwang, J. Lawrence Beach, And Yosh Maruyama, 1985 - Relative Biological Effectiveness of 252Cf Radiation as Estimated by Thymus Weight Loss, Journal of Radiation Research , Vol.26, Nr.1, 140-149; Ch. Michel,1991 - Radiobiological fundamentals in radioepidemiology and radiation protection, Radiobiological fundamentals in radioepidemiology and radiation protection, Volume 36, Numbers 4-5, 225-229.

359

asupra fiziologiei individului expus, provocând unele distrugeri care duc fie la moartea rapidă, fie la reducerea semnificativă a speranţei medii de viaţă. Leziunile somatice apar în timpul vieţii individului iradiat. În funcţie de timpul când apar aceste leziuni pot fi imediate sau tardive. Efectele somatice imediate sau pe termen scurt se manifestă la câteva zile, săptămâni sau luni după iradiere. O iradiere locală (internă sau externă) se poate manifesta numai prin efecte la nivelul ţesutului respectiv, în timp ce o iradiere a întregului corp poate duce la apariţia unor efecte generalizate. Efectele imediate sunt, de regulă, nestochastice (nealeatorii), adică se produc la toţi indivizii expuşi la o cantitate de radiaţii superioară dozei prag. Efectele somatice tardive sunt cele care apar după o perioadă mai lungă de timp, de ordinul anilor, numită perioadă de latenţă şi se manifestă, în principal, sub formă de leucemie sau cancer. Aceste efecte sunt de natură stochastică (aleatorie), în sensul că este imposibil de evidenţiat o relaţie cauzală directă. Probabilitatea producerii unui efect este proporţională cu doza de iradiere. Corelaţia dintre doza de iradiere şi efectele induse se poate stabili numai în cazul unei populaţii numeroase de indivizi iradiaţi. - Efectele genetice (ereditare), apar în celulele germinale (sexuale) din gonade (ovar şi testicul). Cercetările au arătat că aceste celule, în perioada înmulţirii, sunt foarte sensibile la radiaţiile ionizante, ceea ce explică acţiunea mutagenă. Apariţia unor mutaţii letale sau subletale la descendenţi se datorează unor efecte imediate ale radiaţiilor cum ar fi: alterarea cromozomilor (translocaţii, apariţia de extrafragmente), ruperea unor segmente de cromatină, alterarea chimică a codului genetic, fie prin acţiunea radicalilor liberi asupra bazelor azotate ale acizilor nucleici, fie prin ruperea lanţului aceloraşi acizi, datorită dezintegrării H-3 sau C-14 în He şi, respectiv, N. Efectul radiaţiilor asupra ADN-ului – sub efectul radiaţiilor o catenă din structura ADN poate suferi o leziune pe care celula va încerca să o repare duplicând cealaltă catenă. Totuşi, copia poate să nu fie identică cu originalul, ceea ce provoacă o modificare a informaţiei genetice. De aici pot rezulta efecte mutagene ereditare care se vor manifesta după câteva generaţii, sub forma malformaţiilor congenitale. Astfel de efecte ereditare au fost observate în laborator, la animale (şoareci, Drosophila etc.), dar până acum nici unul din aceste efecte nu a putut fi dovedit la om. După tipul de ionizare produs în urma contaminării cu radiaţii ionizante, deprecierea ADN poate fi descrisă sub două aspecte: • în cazul ionizării directe bazele pirimidinice ale ADN-ului (Citozină, Timină) au atunci tendinţa să capteze electroni, iar bazele sale purinice (Adenină, Guanină) să piardă. • în cazul ionizării indirecte radiaţiile induc fragmente de molecule de apă în apropierea ADN-ului (radioliza apei), creând astfel specii reactive ale oxigenului (radicalii liberi, cum ar fi radicalul -OH) care alterează materialul genetic. Aceste alterări, numite “leziuni radioinduse ale ADN” sunt clasate în patru categorii: baze modificate, pierderea bazelor, spargerea unei catene sau a ambelor 360

din dublul helix şi realizarea unei punţi proteice. Comisia Internaţională pentru Protecţie Radiologică (CIPR) consideră că “se poate accepta pentru umanitate o valoare limită de expunere la radiaţii ionizante corespunzând dublului dozei medii la care omul este expus în condiţii naturale”, ceea ce presupune că specia umană este adaptată la iradierea prezentă în mediul său de viaţă. Efectul cancerigen este unul din efectele cele mai frecvent evocate când este vorba de radiaţii ionizante. Astăzi, majoritatea cancerelor induse de aceste radiaţii sunt analizate în termeni de “factori de iniţiere carcinogenetică” sau “risc competitiv”, termeni care descriu supravieţuirea indivizilor dintr-o populaţie până în momentul în care neoplazia devine posibilă. Transformarea unei celule normale într-o celulă neoplazică nu apare decât atunci când celula canceroasă are condiţii favorabile de dezvoltare şi când sunt învinse reacţiile de apărare ale organismului uman. 18.2.3. Evaluarea cantitativă a radioactivităţii factorilor de mediu Radioactivitatea mediului este investigată şi evaluată permanent prin metode radiochimice-radiometrice urmărindu-se, ca principal obiectiv centralizarea unor date privind: ™ prezenţa radionuclizilor naturali sau artificiali în aer, apă, alimente şi organisme; ™ expunerile la radiaţia naturală gama, terestră şi cosmică, sau la radiaţia artificială gama în cazul producerii unui eveniment nuclear; ™ concentraţiile de radon şi de thoron în interiorul şi exteriorul clădirilor; ™ expunerile personalului ocupat profesional şi ale membrilor populaţiei datorate existenţei şi prelucrării minereurilor sau ca urmare a utilizării, tratării ori depozitării deşeurilor radioactive, precum şi numărul persoanelor implicate; ™ cantităţile de cărbune, fier şi alte minereuri, tipul exploatărilor miniere (subteran sau la suprafaţă); ™ concentraţiile radionuclizilor prezenţi în minereuri, în spaţii subterane, în efluenţii eliberaţi în aer, în apă şi în deşeuri; ™ modul de utilizare şi metodele de stocare a deşeurilor şi impactul unor asemenea practici asupra expunerii populaţiei. Este important de subliniat faptul că metodele de evaluare a iradierii naturale suplimentare şi a celei produse de factori artificiali sunt continuu analizate şi îmbunătăţite de specialişti, în cadrul forurilor ştiinţifice internaţionale. Pentru studiul radioactivităţii datorate radionuclizilor emiţători de radiaţii gama principalele metode e investigare radiometrice sunt: ™ măsurători ale intensităţii globale de emisie a acestor radiaţii, fără discriminare energetică şi ™ analize spectrometrice gama prin care este determinată intensitatea 361

radiaţiilor separat, pe diferite categorii de energii ale acestora, obţinându-se în final informaţiile necesare pentru evaluarea calitativă şi cantitativă a conţinuturilor de radionuclizi în materialele care fac obiectul cercetării. O categorie aparte dintre metodele spectrometrice gama o reprezintă aerospectrometria. Sistemele aerospectrometrice gama destinate pentru cartarea radioelementelor naturale (uraniu, thoriu, potasiu) pot fi utilizate şi pentru investigaţii cu caracter ecologic. Aceste sisteme prezintă avantajul rapidităţii investigării, acţionând pe areale largi în timp scurt şi cu grad de sensibilitate adecvat. În tabelul 18.2 sunt prezentaţi câţiva radionuclizi artificiali, care pot fi eliminaţi în mediu în cazul unui eveniment produs la un obiectiv nuclear şi naturali, emiţători de radiaţii gama, cu principalele energii şi timpii de înjumătăţire. După cum se poate observa, cea mai mare parte a energiilor radionuclizilor artificiali sunt departe de energiile relativ înalte, utilizate în mod obişnuit pentru măsurarea radioelementelor naturale U, Th şi K. Tabelul 18.2. Nuclid Artificiali: 95 Zr 95 Nb 99 Mo 103 Ru 106 Ru 131 I 132 Te 134 Cs 137 Cs 140 Ba/La Naturali: 40 K Seria uraniului: 214 Pb 214 Bi Seria thoriului: 228 Ac 208 Tl

Cele mai importante energii ale radiaţiilor gama (keV) 724, 756 765 740 497 512 364 230 605, 795 662 1596

Timpi de înjumătăţire (zile) 65 35 3 40 368 8 3 730 11000 13

1460

1,3×109 ani U - 4,51×109 ani

238

350 609, 1120, 1764 1,39×1010 ani 910, 960 583, 2620

362

20 Structuri naţionale şi internaţionale specializate sau cu atribuţii în domeniul protecţiei mediului 20.1. Organizaţii interguvernamentale Organizaţia Naţiunilor Unite este cea mai importantă organizaţie internaţională din lume. Este înfiinţată în anul 1945 şi are 192 de state membre. ONU are misiunea de a asigura pacea mondială, respectarea drepturilor omului, cooperarea internaţională şi respectarea dreptului internaţional. Sediul central al organizaţiei este situat în New York. Organismele ONU sunt: ™ Adunarea Generală - reprezentaţi ai fiecărui stat membru care au drepturi egale de vot. Rezoluţiile Adunării nu sunt legi, ci doar recomandări. ™ Consiliul de Securitate - 15 membri, din care 5 permanenţi (China, Rusia, Franţa, Regatul Unit şi SUA) şi restul aleşi pentru un mandat de 2 ani. În fiecare an sunt aleşi cinci noi membri. Deciziile importante ale Consiliului de Securitate trebuie să fie votate de 9 membri. ™ Consiliului Economic şi Social îi sunt subordonate multe din organizaţiile speciale. ™ Curtea Internaţională de Justiţie decide dispute internaţionale - are sediul la Haga. ™ Secretariatul Naţiunilor Unite. România este membru din anul 1955. Sistemul ONU cuprinde 15 agenţii specializate: 1. Organizaţia Internaţională a Muncii (OIM) - a luat fiinţă în anul 1919, are sediul la Geneva, elaborează politicile şi programele destinate ameliorării condiţiilor de muncă şi posibilităţilor de angajare, fixând totodată normele internaţionale utilizate în toate ţările lumii în domeniul forţei de muncă. 2. Organizaţia pentru Alimentaţie şi Agricultură (FAO) - a fost înfiinţată la 16 octombrie1945 şi are sediul la Roma. România este membră din anul 1962. F.A.O. are ca scop: ridicarea condiţiilor de trai ale popoarelor şi statelor membre; îmbunătăţirea randamentului producţiei şi repartiţia tuturor produselor agricole şi alimentare; îmbunătăţirea condiţiilor de viaţă ale populaţiei rurale; eradicarea sărăciei. Organizaţia are preocupări şi cu privire la poluarea şi protecţia solului, în domeniul poluării apelor maritime interioare şi a atmosferei. F.A.O. a redactat în octombrie 1981 şi a proclamat o declaraţie de principii, numită „Carta Mondială a Solurilor". Un rol important în înfăptuirea politicii şi programelor F.A.O. îl are Departamentul agriculturii, în cadrul căruia funcţionează mai multe divizii: divizia producţiei şi a protecţiei plantelor; divizia apelor, divizia pescuitului şi 373

a mediului înconjurător ş.a. F.A.O. a participat la redactarea a numeroase texte şi convenţii internaţionale, ca de exemplu: Convenţia de la Barcelona pentru protecţia Mării Mediterane împotriva poluării şi a protocoalelor ei; Convenţia Africană asupra conservării naturii şi a resurselor sale, Alger, 1968; Convenţia privind lupta împotriva deşertificării, Paris, 1994 ş.a. F.A.O. a publicat o serie de studii legislative, de exemplu, asupra dreptului apelor, asupra pescuitului, a elaborat reguli internaţionale referitoare la resursele de apă, evaluarea impactului asupra mediului înconjurător, a dezvoltării agricole etc. 3. Organizaţia Naţiunilor Unite pentru Educaţie, Ştiinţă şi Cultură (UNESCO) –înfiinţată la 16 noiembrie 1945, are sediul la Paris şi are 73 de suboficii active în diverse ţări ale lumii. UNESCO are 190 de state membre şi 6 state asociate. România este membră UNESCO din 27 iulie 1956. Scopul organizaţiei este de a contribui la pacea şi securitatea lumii prin colaborarea între naţiuni în educaţie, ştiinţă, cultură, şi comunicaţii pentru a se reuşi stabilirea unui respect faţă de justiţie universal, pentru corectitudinea justiţiei şi pentru drepturile şi fundamentele omului libere, indiferent de rasă, sex, limbă sau religie, după Carta Naţiunilor Unite. U.N.E.S.C.O. organizează şi finanţează programe în legătură cu: stabilirea evacuării deşeurilor în apele marilor şi oceanelor şi prevenirea dispariţiei unor specii şi de animale marine valoroase, datorită activităţii oamenilor; studii referitoare la poluarea atmosferei; programul pe termen lung de cercetare şi acţiune în problemele mediului înconjurător cunoscut sub denumirea „Omul şi biosfera" ş.a. În anul 1975, U.N.E.S.C.O. împreună cu PNUE (Programul Naţiunilor Unite pentru Mediu) au lansat Programul internaţional privind educaţia relativă ia mediu (PIEE) prin care şi-au propus amplificarea conştientizării generale asupra necesităţii educa¬ţiei ecologice; dezvoltarea de concepte şi de abordări metodologice în domeniul educaţiei; intensificarea eforturilor pentru a încorpora dimensiunea mediului educativ al statelor membre. Din iniţiativa U.N.E.S.C.O. au fost adoptate două mari convenţii mondiale: # Convenţia de la Ramsar - 2 februarie 1971, referitoare la zonele umede de importanţă internaţională, în special ca habitat ai păsărilor acvatice, modificată prin Protocolul de la Paris din 3 decembrie 1982 şi, # Convenţia privind patrimoniul mondial cultural şi natural, adoptată la cea de a XIII-a sesiune a Conferinţei mondiale de ia Paris, la 16 noiembrie 1972. U.N.E.S.C.O are preocupări şi în combaterea efectelor unor catastrofe naturale, trimiţând experţi la locurile respective şi editând diferite publicaţii. 4. Organizaţia Mondială a Sănătăţii (OMS) - cu sediul la Geneva. România este membră din anul 1962. Scopul Organizaţiei este de a conduce popoarele la nivelul cel mai ridicat posibil de sănătate. O.M.S. conduce studii cu privire la poluarea zonelor de litoral, la poluarea aşezărilor omeneşti, de combatere a zgomotului etc. Organizaţia Mondială a Sănătăţii colectează şi difuzează informaţii, încurajează cercetarea cu privire la tehnologiile proprii, sub toate aspectele sănătăţii, mai ales în domenii ca: nutriţie, protecţia copiilor, igiena mediului, combaterea unor boli grave sau 374

epidemice, îngrijiri medicale şi recuperări etc. În domeniul protejării mediului înconjurător, Organizaţia şi-a propus următoarele priorităţi: evaluarea efectelor pe care le produc condiţiile de mediu asupra sănătăţii, aprovizionarea cu apă salubră; elaborarea de sisteme pentru detecţia şi supra¬vegherea poluanţilor şi a altor factori dăunători pentru sănătatea oamenilor ş.a. 5. Grupul Băncii Mondiale (BM) - cu sediul la Washington DC, oferă ţărilor în curs de dezvoltare împrumuturi şi asistenţă tehnică în vederea reducerii sărăciei şi a promovării unei creşteri economice durabile. 6. Fondul Monetar Internaţional (FMI) - cu sediul la Washington DC, facilitează cooperarea în domeniul monetar şi al stabilităţii financiare internaţionale şi oferă un cadru permanent de consultare, de consiliere şi asistenţă în domeniul financiar. 7. Organizaţia Aviaţiei Civile Internaţionale (OACI) - creată la 4 aprilie 1947, cu sediul la Montreal. România este membră din anul 1966. Organizaţia urmăreşte dezvoltarea principiilor şi tehnicilor navigaţiei aeriene internaţionale, promovarea planificării şi dezvoltării transporturilor aeriene internaţionale, asigurarea condiţiilor de securitate a zborurilor, crearea şi exploatarea aeronavelor în scopuri paşnice, precum şi amenajarea liniilor aeriene, a aeroporturilor şi instalaţiilor de navigaţie aeriană. 8. Organizaţia Maritimă Internaţională (OMI) - cu sediul la Londra. Este singura agenţie specializată în cadrul O.N.U. care îşi dedică activitatea problemelor maritime şi dezvoltării unei strategii ştiinţifice şi tehnice la nivel mondial în ceea ce priveşte protecţia mediului marin faţă de poluările provocate de nave şi de depozitările de deşeuri în mare. Intervenţiile OMI au dus la apariţia unor importante convenţii internaţionale privind lupta contra poluării mediului marin, ca de exemplu, Convenţia din 1954, privind poluarea prin hidrocarburi, Convenţia asupra siguranţei vieţii pe mare, 1965, Convenţia referitoare la imersarea deşeurilor de către nave, 1973. 9. Organizaţia Internaţională a Telecomunicaţiilor (UIT) - cu sediul la Geneva, favorizează cooperarea internaţională în vederea ameliorării mijloacelor de comunicaţie, coordonează utilizarea frecvenţelor de radio şi televiziune, încurajează adoptarea de măsuri de securitate. 10. Uniunea Poştală Universală (UPU) - cu sediul la Berna, fixează regulile internaţionale pentru serviciile poştale, oferă asistenţă tehnică şi încurajează cooperarea în domeniul poştal. 11. Organizaţia Meteorologică Mondială (OMM) - a fost fondată la 11 octombrie 1947, cu sediul la Geneva. Numără 151 de state membre. România este membră din 1948. Organizaţia Meteorologică Mondială are ca scop, stabilirea unei colaborări la nivel mondial în domeniul operaţiunilor şi al serviciilor meteorologice; difuzarea de informaţii meteorologice; stimularea cercetării ştiinţifice; favorizarea aplicării meteorologiei în navigaţie, agricultură şi alte activităţi umane. Un obiectiv esenţial al O.M.M. este creşterea contribuţiei meteorologiei la progresul economic şi social, la protecţia vieţii şi conservarea mediului înconjurător. 375

Împreună cu alte organizaţii specializate O.N.U. a iniţiat proiecte în domeniul agriculturii, hidrologiei, oceanografiei şi mediului înconjurător. Organizaţia Meteorologică Mondială a iniţiat Programul „Supravegherea vremii în lume" în care este inclus şi studiul poluanţilor atmosferici. De asemenea, a participat la elaborarea unor convenţii cum sunt: Convenţia asupra poluării atmosferice transfrontiere pe distanţe lungi, Geneva, 1979; Convenţia de la Viena asupra protecţiei stratului de ozon, 1985; Protocolul de la Montreal referitor la substanţele care epuizează stratul de ozon, 1987 ş.a. 12. Organizaţia Internaţională a Proprietăţii Intelectuale (OMPI) - cu sediul la Geneva, încurajează protecţia internaţională în domeniul proprietăţii intelectuale şi facilitează cooperarea în materia drepturilor de autor, mărcilor, planurilor industriale şi a brevetelor. 13. Fondul Internaţional pentru Dezvoltarea Agricola (FIDA) - cu sediul la Roma, mobilizează resursele financiare în vederea creşterii producţiei agricole şi ameliorarea nivelului nutriţional al colectivităţilor celor mai sărace din ţările în curs de dezvoltare. 14. Organizaţia Naţiunilor Unite pentru Dezvoltare Industrială (ONUDI) cu sediul la Viena, încurajează progresul industrial în ţările în curs de dezvoltare în domeniul asistenţei tehnice, al serviciilor consultative şi al activităţilor de formare. 15. Agenţia Internaţională a Energiei Atomice (AIEA) - a fost creată la 29 mai 1957, cu sediul la Viena, având 133 state membre. România este membră fondatoare, ratificând statutul Agenţiei la 21 aprilie 1957. Organizaţia încurajează şi orientează punerea la punct a modalităţilor de utilizare paşnică a energiei nucleare, ajută ţările membre şi favorizează schimbul de informaţii ştiinţifice şi tehnice în domeniul energiei nucleare. A.I.E.A. luptă împotriva poluării radioactive a atmosferei, a mărilor şi a solului; studiază efectele radioactivităţii asupra organismelor marine; îşi propune să asigure securitatea radiologică, tratarea şi evacuarea deşeurilor radioactive; tratamentul cancerului ş.a. A.I.E.A. a elaborat coduri de securitate pentru protecţia împotriva iradierii, precum şi în domeniul transportului în siguranţă a materialelor radioactive. La 21 septembrie 1986, după catastrofa nucleară de la Cernobâl, A.I.E.A. a adoptat Convenţia referitoare la notificarea rapidă a unui accident nuclear şi Convenţia privind asistenţa în caz de accident nuclear şi urgenţă radiologică. De asemenea, A.I.E.A. a înfiinţat un comitet care se ocupă cu deşeurile cu grad înalt de radioactivitate, inclusiv cele provenite din activităţile de minerit şi exploatarea minereurilor de uraniu şi toriu. În septembrie 1997, a adoptat Convenţia comună asupra gospodăririi în siguranţă a deşeurilor radioactive şi Convenţia privind compensaţiile suplimentare pentru daune nucleare. Împreună cu U.N.E.S.C.O., Agenţia Internaţională pentru Energie Atomică conduce Centrul internaţional de fizică teoretică de la Trieste din Italia. 16. Programul Naţiunilor Unite pentru Dezvoltare (P.N.U.D.)- creat în anul 1965, în urma fuzionării Programului Lărgit de Asistenţă Tehnică cu Fondul Special O.N.U. 376

Cea mai importantă componentă a structurii sale o constituie Biroul politicilor de sprijin al programelor care, în prezent, are patru direcţii ce urmăresc patru scopuri esenţiale: # direcţia de dezvoltare socială şi de eliminare a sărăciei; # direcţia de întărire a gestiunii şi a conducerii afacerilor publice; # direcţia de gestiune durabilă a energiei şi a mediului; # direcţia de ştiinţă şi tehnologie. Programul Naţiunilor Unite pentru Dezvoltare finanţează activităţile ce privesc promovarea protecţiei mediului din Fondul pentru Mediu înconjurător Mondial (F.E.M.), administrat şi folosit împreună cu Banca Mondială. P.N.U.D. a participat la elaborarea convenţiilor Conferinţei O.N.U. de la Rio, 1992. 17. Programul Naţiunilor Unite pentru Mediul înconjurător (P.N.U.E.) a fost creat în decembrie 1972, cu sediul la Nayrobi. Este o organizaţie specializată O.N.U. în problemele mediului ambiant, fiind urmarea imediată şi directă a Conferinţei Mondiale asupra mediului de la Stockholm. Organizaţia are ca scop principal, coordonarea şi încurajarea aplicării măsurilor privind protecţia componentelor de mediu şi a mediului înconjurător în ansamblul său. P.N.U.E. asigură condiţiile pentru realizarea următoarelor activităţi: • evaluarea mediului, punând bazele şi urmărind funcţionarea Sistemului Mondial de Supraveghere a Mediului (G.E.M.S.), îndeosebi a aerului, a mărilor şi oceanelor, a degradării resurselor naturale reînnoibile, a sănătăţii populaţiei, pre¬cum şi a consecinţelor unor importante catastrofe naturale; schimbul de informaţii asupra stării acestor factori şi procese este facilitat de crearea Sistemului Informaţional de Referinţă (S.I.R.); • elaborarea şi punerea în aplicare a unor strategii de gospodărire durabilă a mediului; • dezvoltarea dreptului internaţional al mediului, luând în consideraţie aplicarea principiilor din Declaraţia de la Stockholm şi din Declaraţia de la Rio de Janeiro; • impulsionarea măsurilor de sprijinire, în special prin informarea în masă, educaţie şi pregătire profesională în domeniul protecţiei mediului înconjurător. Programul Naţiunilor Unite pentru Mediul înconjurător împarte problematica mediului, în mai multe domenii: apa, atmosfera, protecţia stratului de ozon, clima, ecosistemele terestre, siste¬mele insulare sau de coastă, oceanele, litosfera, energia, industria, transporturile, pacea, securitatea şi mediul. P.N.U.E. a organizat şi organizează conferinţe zonale pentru protecţia me¬diului înconjurător, ca de exemplu, Conferinţa de la Barcelorna din 1976 pentru stăvilirea procesului de poluare a Mării Mediterane, pentru protecţia Mării Caraibi¬lor, pentru combaterea poluării în regiunea Golfului, în Asia de Sud-Est etc. Dintre documentele importante adoptate de P.N.U.E. menţionăm: # Convenţia de la Lausane asupra comerţului internaţional cu specii de floră şi faună ameninţate cu dispariţia; 377

# Convenţia de la Bonn asupra speciilor migratoare; # Programul „System-Wide Medium-Term" pentru perioada 1990-1995; # Convenţia de la Bale cu privire la controlul măsurilor transfrontiere a deşeuri¬ lor periculoase, 1989; # Raportul grupului interguvernamental cu privire la schimbările de climă, 1990; # Programul Mondial de Acţiune pentru stratul de ozon, care s-a finalizat prin adoptarea Convenţiei de la Viena, 22 martie 1985, privind protecţia stratului de ozon; # Protocolul de la Montreal, 1987, privind substanţele care epuizează stratul de ozon ş.a. O altă preocupare a acestei organizaţii o constituie aplicarea „Planului Vigie", program de supraveghere a mediului la nivel mondial. „Planul Vigie" se compune din patru elemente şi anume:GEMS (Sistemul Mondial de Supraveghere Continuă a Mediului) prin intermediul căruia se realizează o observaţie permanentă a situaţiei oceanelor, climatului, resurselor naturale reînnoibile şi poluările transfrontiere. Grupurile de supraveghere se constituie într-o reţea internaţională care supraveghează modificările climatice, solul, fauna, vegetaţia şi consecinţele activităţilor umane asupra mediului;GRID (Baza de date asupra resurselor mondiale) reprezintă, sub formă de hărţi informatizate, datele colectate în cadrul GEIVIS, INFOTERRA, reprezintă un sistem de răspunsuri la problemele mediului, aplicat datorită unei reţele mondiale de corespondenţi naţionale; RISCPT (Registrul internaţional de substanţe chimice potenţial toxice), colectează şi difuzează date asupra influenţei pe care produsele chimice o pot avea asupra mediului (în special aspecte privind utilizarea şi eliminarea deşeurilor). 20.2. Organizaţii internaţionale neguvernamentale Sunt numeroase ONG care acţionează în domeniul protecţiei şi conservării mediului, însă, dintre cele cu o activitate deosebit de bogată în materie enumerăm: - Uniunea Internaţională pentru Conservarea Naturii (U.I.C.N.) care a fost înfiinţată în 1948, având sediul la Morges (Elveţia) şi reuneşte 29 de naţiuni şi un număr mare de organizaţii nepolitice din aproape 80 de ţări. Are ca scop promovarea conservării şi utilizării durabile a resurselor vii, îndeplinind în acest sens un rol consultativ pe lângă guverne şi diferite instituţii de conservare, colectare şi difuzare de informaţii pertinente. Obiectivele organizaţiei sunt: evaluarea stării resurselor naturale care pot fi reînnoite; încurajarea şi pregătirea de măsuri de conservare, propaganda pentru a se lua cunoştinţă de măsurile conservării şi informarea membrilor săi şi a diferitelor reţele cu care colaborează. O importantă iniţiativă a U.I.C.N. este elaborarea lucrării intitulate „Strategia Mondială a Conservării", publicată în 1980, în care se pune accentul pe probleme cum sunt: diminuarea terenurilor agricole, eroziunea, despăduririle, deşertificarea, modificările de climă, extinderea spaţiilor locuibile, sărăcirea 378

patrimoniului genetic, poluarea. Uniunea a jucat un rol esenţial în elaborarea unor convenţii internaţionale relative la conservarea naturii şi a resurselor naturale, ca de exemplu: Convenţia Africană din 1968; Convenţia de la Washington asupra comerţului internaţional cu specii de floră şi faună sălbatică, pe cale de dispariţie; Convenţia de la Bonn asupra conservării speciilor migratoare din 1979 ş.a. - Fondul Mondial pentru Protecţia Naturii (F.M.P.N.), creat în 1961, cu sediul la Morges. Este o organizaţie neguvernamentală, al cărui obiectiv îl constituie „procurarea, gestionarea şi utilizarea de fonduri pentru conservarea mediului înconjurător natural la scară mondială, a faunei, florei, peisajelor, apei, solului, aerului şi altor resurse naturale". F.M.P.N joacă un rol important în elaborarea şi aplicarea Strategiei Mondiale a Conservării, propuse guvernelor tuturor statelor lumii de către U.I.C.N. - Greenpeace şi-a început activitatea în anul 1971. Ea realizează numeroase campanii regionale împotriva atingerilor aduse mediului. 20.3. Cooperare instituţională regională - Agenţia Europeană pentru Mediu, creată în 1990, cu sediul la Copenhaga. Agenţia îşi cantonează activitatea pe domeniile ce privesc calitatea mediului, sub aspectul calităţii aerului şi a emisiilor atmosferice; calitatea apei, poluanţi şi resursele de apă; substanţele chimice şi periculoase pentru mediu; protecţia zonelor de coastă ş.a. Informaţiile furnizate de Agenţie sunt folosite la implementarea politicilor de mediu ale Comunităţii. - Comisia Economică a Naţiunilor Unite pentru Europa (C.E.E.) este un organism cu vocaţie generală în domeniul dezvoltării economice şi sociale şi, în acelaşi timp, unul din pionierii cercetării modalităţilor de combatere a poluării pe plan regional. Metoda sa de lucru este reuniunea de experţi, de pregătire şi publicare de analize, statistici, precum şi organizarea de schimburi de informaţii şi elaborarea de texte ce conţin principii de acţiune sau proiecte de conversie. - Consiliul Europei - prima instituţie de cooperare în Europa, Sediul Consiliului Europei este Palatul Europei din Strasbourg. Are 46 state membre (România 1993). A adoptat o serie de documente: Carta apei, 1968; Declaraţia de principii asupra luptei contra poluării aerului, 1968; Carta solurilor, 1972; Convenţia europeană asupra protecţiei animalelor în transportul internaţional, 1968; Convenţia relativă la conservarea vieţii sălbatice şi a mediului natural al Europei, 1979; Carta animalelor, 1986 etc. - Organizaţia pentru Cooperare şi Dezvoltare Economică (O.C.D.E.), ca organizaţie interguvernamentală cu caracter economic, a fost înfiinţată la 30 decembrie 1961, înlocuind Organizaţia Europeană pentru Cooperare Economică fondată în 1948, pentru administrarea Planului Marshall, în vederea reconstrucţiei în Europa. 379

O.C.D.E. a pregătit studii aprofundate asupra unui mare număr de probleme privind mediul înconjurător, ca şi în ceea ce priveşte aspectele juridice ale poluării atmosferice transfrontiere, gestionarea substanţelor chimice şi a deşeurilor toxice periculoase, conţinutul obligaţiei de a informa şi consulta ş.a. De asemenea, O.C.D.E. se numără printre iniţiatorii regulilor fundamentale ce au dus la dezvoltarea dreptului internaţional al mediului - Liga Statelor Arabe (L.S.A.), creată la 22 martie 1945. Scopul acestei organizaţii este de a favoriza cooperarea între statele arabe membre pe plan politic, economic, militar, social şi cultural, aplanarea unor eventuale diferende între acestea şi asigurarea condiţiilor de colaborare cu alte state. În cadrul activităţii desfăşurate în domeniul economic, Liga Statelor Arabe, prin Consiliul său Economic, face recomandări şi cu privire la folosirea şi protejarea resurselor naturale ale mediului. - Organizaţia Unităţii Africane - organizaţie interguvernamentală creată la 25 mai 1963 şi are sediul la Addis Abeba. Organizaţia urmăreşte promovarea unităţii şi solidarităţii statelor membre; coordonarea eforturilor şi cooperarea pentru îmbunătăţirea condiţiilor de viaţă ale popoarelor africane; apărarea integrităţii teritoriale şi independenţei statelor africane, cooperarea internaţională. Sub egida acestei organizaţii au fost adoptate importante documente cum sunt: Declaraţia asupra denuclearizării Africii, 1964; Declaraţia privind cooperarea, dezvoltarea şi independenţa economică a Africii, 1963 ş.a. Sub tutela acestei organizaţii a fost adoptat Tratatul asupra protecţiei vieţii sălbatice în Africa, 1968 şi s-a înfiinţat Colegiul african pentru management în domeniul conservării vieţii sălbatice de la Mweka (Tanzania). - Organizaţia Statelor Americane (OSA) - înfiinţată la 30 aprilie 1948. În domeniul protecţiei mediului, OSA a elaborat şi a pus în practică o serie de proiecte privind valorificarea apelor şi a pădurilor continentale, cu sprijinul P.N.U.E. De asemenea, a contribuit la elaborarea şi aplicarea Convenţiei relative la protecţia naturii şi conservarea vieţii sălbatice în emisfera vestică. 20.4. Organizaţii subregionale - Comisia Dunării pentru navigaţie - alcătuită din reprezentanţii statelor riverane. Are sediul la Budapesta. Atribuţiile Comisiei se referă exclusiv la navigaţie. - Comisia Rinului privind navigaţia şi poluarea apelor interioare. Este vorba de două organisme internaţionale distincte, a căror competenţă se completează în domeniul apelor şi anume: Comisia Centrală pentru Navigaţia pe Rin (C.C.N.R.), creată în 1968, cu sediul ia Strasbourg, care are în competenţă şi probleme privind poluarea produsă de navigaţie. Comisia Internaţională pentru Protecţia Rinului împotriva Poluării (C.I.R.P.), cu sediul la Koblenz, a cărei activitatea fost reglementată prin Convenţia de la Berna din 29 aprilie 1963. Comisia cercetează natura, originea şi intensitatea poluării Rinului, putând propune statelor riverane măsuri de protejare a fluviului împotriva 380

poluării. - Comisia subregională pentru aplicarea Convenţiei de la Oslo, din 1972. Comisia urmăreşte prevenirea poluării marine cauzate de operaţiunile de imersare efectuate de nave şi aeronave în zona Atlanticului de Nord-Est. Orice imersare, fie că este permisă în baza unei autorizaţii, fie că s-a datorat unui caz de forţă majoră, trebuie comunicată imediat, prin rapoarte adresate Comisiei Oslo, în vederea înregistrării. - Comisia subregională pentru aplicarea Convenţiei de la Helsinki, 1974. Comisia are în vedere prevenirea poluării mediului marin în zona Mării Baltice. Spre deosebire de Comisia de la Oslo, această Comisie constituie un mecanism permanent, deservit de un Secretariat. Are competenţă de reglementare care se limitează la definirea criteriilor poluării, a obiectivelor în domeniul reducerii poluării şi a celor referitoare la măsurile ce trebuie luate în domeniul prevenirii poluării, mai ales a celei de origine telurică; competenţă de recomandare în problema revederii permanente a dispoziţiilor Convenţiei, precum şi competenţă de informare şi cercetare privind supravegherea continuă a aplicării Convenţiei şi promovării măsurilor de protecţie suplimentară. 20.5. Consiliul de Miniştri (Consiliul membrilor UE) Consiliul este principalul organ politic şi legislativ al Uniunii. Consiliul îşi are sediul la Bruxelles. Conform art. 203 din Tratatul privind Uniunea Europeană: "Consiliul este format din câte un reprezentant la nivel ministerial al fiecărui stat membru, abilitat să angajeze guvernul acelui stat membru. Preşedinţia este exercitată pe rând de fiecare stat membru al Consiliului, pe o durată de şase luni, în ordinea fixată de Consiliu, care hotărăşte în unanimitate". Consiliul are următoarele atribuţii: ™ asigură coordonarea politicilor economice generale ale statelor membre; ™ dispune de puterea de decizie; ™ prin actele pe care le adoptă, conferă Comisiei atribuţiile de executare a normelor stabilite de Consiliu. Consiliul se întruneşte - in funcţie de domeniul discutat - in componente diferite. Este considerat un "Consiliu General", atunci când este compus din miniştrii de externe ai statelor membre si se vorbeşte de “Consilii sectoriale”, când este compus din miniştrii specializaţi intr-un domeniu (agricultura, finanţe, industrie, comerţ). Dacă în anii 1990 existau 22, configuraţii, in nul 2002 au rămas doar 9, printre care şi ,,mediu,,. Consiliul pentru Mediu este compus din miniştrii mediului din tarile membre UE si se întâlneşte de patru ori pe an. El ia deciziile prin majoritate calificata în codecizie cu Parlamentul european. 20.6. Atribuţii şi competenţe ale autorităţilor naţionale Ordonanţa de urgenţă a Guvernului nr. 195/2005 privind protecţia mediului 381

a stabilit ca autoritate publică centrală în domeniul mediului Ministerul Mediului şi Gospodăririi Apelor1. 1. Principalele atribuţii ale MMGA sunt de coordonare a implementării legislaţiei naţionale armonizare cu prevederile şi cerinţele legislaţiei comunitare de mediu, de supraveghere şi control a aplicării reglementărilor în domeniul protecţiei mediului şi gospodăririi apelor, de elaborare a programelor privind protecţia mediului şi gospodărirea apelor, de organizare şi coordonare a sistemului de monitorizare integrată a calităţii mediului, a activităţii de elaborare a procedurilor de acreditare a laboratoarelor în domeniul protecţiei mediului şi gospodărire a apelor şi de certificare a sistemelor de management de mediu etc. Ministerul are în subordinea sa următoarele instituţii publice cu personalitate juridică, finanţate integral din bugetul de stat: 2. Agenţia Naţională pentru Protecţia Mediului (ANPM)2. ANPM exercită atribuţii privind planificarea strategică, monitorizarea factorilor de mediu, autorizarea activităţilor cu impact asupra mediului, implementarea legislaţiei şi politicilor de mediu la nivel naţional, regional si local, stabilite de către MMGA prin regulamentele de organizare si funcţionare a agenţiilor de mediu. În subordinea ANPM-ului sunt 8 agenţii regionale şi 42 agenţii judeţene pentru protecţia mediului. Agenţiile judeţene pentru protecţia mediului exercită următoarele atribuţii:emiterea de avize/acorduri/autorizaţii de mediu pentru activităţile cu impact asupra mediului, în conformitate cu prevederile legale în vigoare; organizează şi operează monitorizarea sistematică a factorului de mediu aer, radioactivităţii mediului, nivelului de zgomot, efectuând şi unele expertize la probe de sol, apă, deşeuri; elaborarea de rapoarte periodice privind starea mediului; monitorizează la nivel judeţean implementarea legislaţiei în domeniul protecţiei atmosferei şi schimbărilor climatice, gestiunii deşeurilor, controlul poluării şi managementul riscului, zgomot, protecţia naturii, accesul publicului la informaţia de mediu, evaluarea impactului asupra mediului a planurilor, programelor şi activităţilor cu impact asupra mediului monitorizarea stadiului îndeplinirii angajamentelor României în domeniul protecţiei mediului; asigură accesul publicului la informaţiile privind mediul, în conformitate cu prevederile legislaţiei în vigoare, autorizează recoltarea în scopul comercializării plantelor şi animalelor din flora şi fauna sălbatică; inventariază la nivel local Ariile Speciale de Conservare – arii de importanţă comunitară - şi a Ariilor de Protecţie Specială Avifaunistică, în scopul realizării Reţelei Ecologice Europene de arii naturale protejate „Natura 2000”;monitorizează activitatea de administrare a ariilor naturale protejate şi de protecţie a monumentelor naturii; iniţiază propuneri şi/sau aplicarea unor măsuri pentru menţinerea sau restabilirea populaţiilor speciilor şi habitatelor într-o stare favorabilă de conservare etc. 3. Garda Naţională de Mediu (GNM)3; este instituţie publică de inspecţie şi 1

2

3

Organizarea şi funcţionarea acestuia se realizează conform Hotărârii Guvernului nr. 408/2004, publicată în Monitorul Oficial nr. 285 din 31 martie 2004, modificată ulterior. Hotărârea Guvernului nr. 459/2005 privind reorganizarea şi funcţionarea Agenţiei Naţionale pentru Protecţia Mediului, publicat in Monitorul Oficial nr. 462 din 31/05/2005. Hotărârea Guvernului nr. 440/2005 pentru reorganizarea şi funcţionarea Gărzii Naţionale de Mediu, publicată in Monitorul Oficial nr. 448 din 26/05/2005.

382

control, are în subordine 8 comisariate regionale ale Gărzii Naţionale de Mediu, instituţii cu personalitate juridică a căror structură organizatorică include 41 de comisariate judeţene, Comisariatul Municipiului Bucureşti şi Comisariatul Rezervaţiei Biosferei "Delta Dunării", organizate ca servicii fără personalitate juridică în cadrul comisariatelor regionale de care aparţin. 4. Administraţia Rezervaţiei Biosferei „Delta Dunării”4. MMGA a re totodată în subordine unităţi cu finanţare externă şi de la bugetul de stat: - Unităţi de management al proiectului - Unităţi de implementare a proiectului 5. Administraţia Naţională de Meteorologie funcţionează sub autoritatea MMGA. 6. În coordonarea MMGA funcţionează unităţi finanţate din venituri proprii: - Institutul Naţional de Cercetare – Dezvoltare pentru Protecţia Mediului Bucureşti - Institutul Naţional de Cercetare – Dezvoltare „Delta Dunării” Tulcea - Institutul Naţional de Cercetare – Dezvoltare Marină „Grigore Antipa” Constanţa 7. Tot în coordonarea MMGA este şi Administraţia Naţională „Apele Române”5, unitate finanţată atât din venituri proprii cât şi de la bugetul de stat, care se ocupă cu gospodărirea unitară, cantitativă şi calitativă a apelor, pe bazine hidrografice. 8. Administraţia Fondului Pentru Mediu - instituţie publică cu personalitate juridică, finanţată integral din venituri proprii, în coordonarea Ministerului Mediului şi Gospodăririi Apelor, răspunde de gestionarea Fondului pentru mediu, în conformitate cu prevederile Ordonanţei de Urgenţă (OUG) nr. 196/2005 privind Fondul pentru mediu (publicată în M.Of. nr. 1193/30 decembrie 2005), aprobată prin Legea nr. 105/2006 (publicată în M.Of. nr. 393/08 mai 2006). Fondul pentru mediu este un instrument economico-financiar destinat susţinerii şi realizării proiectelor pentru protecţia mediului, în conformitate cu dispoziţiile legale în vigoare în domeniul protecţiei mediului. OUG nr. 195/2005 în art. 81-93 stabileşte obligaţiile diverselor autorităţi în domeniul protecţiei mediului: - Autoritatea publică centrală pentru sănătate; - Autoritatea publică centrală pentru educaţie şi cercetare; - Autoritatea publică centrală în domeniile economiei şi comerţului; - Autoritatea publică centrală în domeniul agriculturii, pădurilor şi dezvoltării Legea nr. 82/1993 privind constituirea Rezervaţiei Biosferei "Delta Dunării", publicat in Monitorul Oficial, nr. 283 din 07/12/1993, Hotărârea Guvernului nr. 367/2002 privind aprobarea Statutului de organizare şi funcţionare a Administraţiei Rezervaţiei Biosferei "Delta Dunării" şi a componenţei nominale a Consiliului ştiinţific, publicat in Monitorul Oficial nr. 282 din 25/04/2002, modificată ulterior. 5 Ordonanţă de urgenţă nr. 107/2002 privind înfiinţarea Administraţiei Naţionale "Apele Române", publicată in Monitorul Oficial nr. 691 din 20/09/2002. 4

383

rurale; - Autoritatea publică centrală în domeniul transporturilor, construcţiilor şi turismului; - Autorităţile administraţiei publice; - Autoritatea naţională în domeniul sanitar-veterinar şi al siguranţei alimentelor; - Autoritatea Naţională pentru Protecţia Consumatorilor; - Poliţia, Jandarmeria, Inspectoratele pentru Situaţii de Urgenţă şi Garda financiară sunt obligate să acorde sprijin, la cerere, reprezentanţilor autorităţilor competente pentru protecţia mediului în exercitarea atribuţiilor lor. - Comitetul regional pentru protecţia mediului. 20.7. Organizaţii neguvernamentale Organizaţiile neguvernamentale reprezintă cele mai active forme prin care societatea civila îşi poate exprima interesul pentru protecţia mediului. Acestea reprezintă un cadru propice dezvoltării unui caracter eco-civic in rândul generaţiei tinere. Dintre ONG cu din domeniu amintim: ANTREC, Asociaţia Rangerilor din România, Clubul ecologic UNESCO Pro Natura, Centrul Regional de Supraveghere Ecologică "Munţii Apuseni", Asociaţia Turistică Sportivă şi Ecologistă, Clubul de Cicloturism Napoca, Federaţia Romana de Speologie, GESS Grupul de Explorări Speologice Subacvatice, HERO (Health Environmental Regional Organisation, Asociaţia Speologică Sfinx, Fundaţia Strawberry NET, Organizaţia Studenţilor Silvicultori Silva, Organizaţia Ecologică ECOMOND Arad, Clubul de Ecologie şi Turism Montan Albamont, Societatea Romană de Radioprotecţie, Clubul pentru Protecţia Naturii şi Turism etc.

384

21 Protecţia mediului în dreptul intern Evoluţia legislaţiei din domeniul mediului ne îndreptăţeşte să afirmăm că aceasta are mari perspective de dezvoltare, datorită dimensiunii preocupărilor la nivel mondial şi naţional din ultimele decenii, conştiinţei sociale crescute în materie de mediu şi aplicării unor concepte, principii şi reguli juridice specifice. Normele au, sub foarte multe aspecte, un pronunţat caracter tehnic datorat în principal strânsei legături a acestora cu datele ştiinţifice şi tehnice. În general, stabilirea unor limite maxime de impact asupra mediului, de la care sunt interzise unele activităţi sau până la care sunt permise altele, depind de o evaluare a impactului şi sunt, întotdeauna, determinate printr-un demers tehnico-ştiinţific. În acelaşi timp, acest caracter tehnic al normelor determină o revizuire continuă a lor, dat fiind că datele ştiinţifice şi tehnice sunt în necontenită schimbare şi evoluţie. 21.1. Principiile protecţiei mediului În dreptul comunitar s-au cristalizat şi afirmat sub diferite forme următoarele principii: principiul prevenirii degradării mediului, principiul precauţiei, principiul corectării cu prioritate la sursă a poluării mediului, principiul poluatorul plăteşte, principiul integrării consideraţiilor ecologice în toate politicile comunitare, precum şi principiile formulate în jurisprudenţa Curţii de Justiţie a UE1. Aceste principii generale se reflectă şi în conţinutul şi semnificaţia normelor juridice proprii, unele fiind prevăzute expres de lege (de ex. poluatorul plăteşte), altele reieşind din contextul diverselor prevederi. Principiile sunt identice sau foarte asemănătoare în diferite ţări. În Ordonanţa de urgenţă a Guvernului nr. 195/2005 privind protecţia mediului, modificată ulterior, sunt consacrate următoarele principii: a) principiul integrării cerinţelor de mediu în celelalte politici sectoriale. Guvernul României promovează conceptul de decuplare a impactului şi degradării mediului de creşterea economică prin promovarea ecoeficienţei. Acest principiu este considerat prioritar. Conform Programului de guvernare (2005-2008) integrarea politicii de mediu în elaborarea şi aplicarea politicilor sectoriale şi regionale, se va realiza prin: - statuarea Ministerului şi a Agenţiei Naţionale de Mediu într-o poziţie de decizie care să intersecteze orizontal toate politicile sectoriale (industrie, energie, transporturi, agricultură, turism, politici regionale, administraţie locală, sănătate); – introducerea efectivă a evaluării de mediu ca mecanism de integrare pentru politicile nou formulate şi formularea unor indicatori de măsurare efectivă a 1

M. Duţu, op. cit, p. 263-269

385

progreselor înregistrate în cazul strategiilor şi politicilor existente; - intensificarea acţiunilor de integrare a politicii de mediu în cinci sectoare prioritare cu impact semnificativ asupra mediului, respectiv: industrie, energie, transport, agricultură şi turism2; – asigurarea fondurilor necesare, inclusiv prin utilizarea Fondului de Mediu, pentru realizarea investiţiilor de mediu necesare îndeplinirii angajamentelor asumate de România în procesul de negociere a Capitolului 22 al acquis-ului comunitar, în special pentru implementarea directivelor UE costisitoare, legate de controlul poluării industriale, calitatea apei, managementul deşeurilor, calitatea aerului; – promovarea progresivă a instrumentelor economice pentru implementarea politicilor de mediu. b) principiul precauţiei în luarea deciziei. Prevenirea presupune un studiu de risc, care să permită evitarea pagubelor şi o acţiune bazată pe cunoaştere (ştiinţifică şi tehnică). Precauţia presupune ca măsurile de protecţie a mediului să fie adoptate, chiar dacă nu se prevede în viitorul apropiat vreo pagubă3. c) principiul acţiunii preventive. Măsurile preventive reclamă o anumită mentalitate a oamenilor, a factorilor de decizie şi a populaţiei în întregime. Este cunoscut faptul că o atitudine corectă comportă costuri mult mai reduse decât remedierea factorilor de mediu; d) principiul reţinerii poluanţilor la sursă; e) principiul "poluatorul plăteşte". Acest principiu se traduce în fapt prin internalizarea externalităţilor, ceea ce presupune reflectarea în costurile de producţie ale poluatorilor a valorilor pagubelor produse mediului. Acest lucru nu este posibil fără introducerea în practică a unor instrumente şi mecanisme economice eficiente (de exemplu taxele ecologice), combinate cu reglementări la nivel naţional şi local. Practic costurile poluării, respectiv ale redresării ecologice, trebuie să fie suportate de poluator. Aceasta nu înseamnă că cel ce plăteşte poate să polueze. 2

3

Prin: - aplicarea standardelor comunitare privind procesele de producţie şi produsele;- întărirea dialogului cu agenţii economici din industrie şi încurajarea promovării de către aceştia a schemelor voluntare de management de mediu şi a altor forme de auto-reglementare;îmbunătăţirea managementului resurselor, în vederea reducerii utilizării acestora şi creşterii competitivităţii produselor pe piaţă;- îmbunătăţirea eficientei energetice şi promovarea utilizării energiilor regenerabile;- îmbunătăţirea planificării, managementului şi utilizării infrastructurilor şi facilităţilor de transport, prin includerea costurilor reale legate de infrastructură şi mediu în politicile de investiţii, pe de o parte şi în costurile pentru utilizatori, pe de alta parte;- dezvoltarea transportului public şi îmbunătăţirea competitivităţii acestuia;- înoirea parcului auto şi încurajarea utilizării combustibililor mai puţin poluanţi;- utilizarea durabilă a resurselor naturale şi promovarea unei agriculturi şi dezvoltări rurale durabile. Principiul precauţiei a fost enunţat pentru prima dată în cadrul OCDE şi într-o declaraţie ministerială din 1987 adoptată sub influenţa celei de-a doua Conferinţe internaţionale asupra protecţiei Mării Nordului (Londra, 1987). A fost preluat apoi în reglementările referitoare la poluările marine, schimbările climatice, deşeurile toxice şi produsele periculoase. La nivel UE, principiul se regăseşte în art. 130R din Tratatul de la Maastricht, în principiul 15 al Declaraţiei Conferinţei ONU de la Rio de Janeiro (1992), precum şi în directivele referitoare la organismele modificate genetic (Dir. 219/EC, 220EC, 2001/18/EC).

386

f) principiul conservării biodiversităţii şi a ecosistemelor specifice cadrului biogeografic natural; Conservarea diversităţii biologice şi reconstrucţia ecologică a sistemelor deteriorate are ca obiectiv reducerea sau eliminarea impactului negativ al activităţilor umane asupra mediului, pentru a menţine în limite normale capacitatea productivă şi de suport a sistemelor ecologice, la orice nivel. g) utilizarea durabilă a resurselor naturale; h) informarea şi participarea publicului la luarea deciziilor, precum şi accesul la justiţie în probleme de mediu; i) dezvoltarea colaborării internaţionale pentru protecţia mediului. 21.2. Armonizarea legislaţiei naţionale Obligaţia armonizării legislaţiei continuă şi după aderarea la Uniunea Europeană. Armonizarea legislativă presupune în fapt parcurgerea anumitor etape: # adaptarea sau modificarea legilor, reglementărilor şi procedurilor naţionale, pentru ca cerinţele legilor relevante ale UE să fie încorporate în integralitatea lor în legislaţia naţională (transpunere)4; # crearea instituţiilor şi alocarea bugetelor necesare pentru realizarea legilor şi reglementărilor (implementare sau aplicare directă a directivei)5; şi # asigurarea controlului necesar şi a penalităţilor care să asigure conformarea integrală şi adecvată a legii (impunere)6. 4

Transpunerea presupune orice solicitări de amendare sau anulare a prevederilor conflictuale din legislaţia naţională care sunt necesare pentru a asigura faptul că legea naţională reflectă în totalitate, în mod corect, prevederile unei directive. 5 Implementarea reprezintă încorporarea de către autorităţile naţionale a legilor UE în decizii individuale precum: acordarea de permise, aprobarea executării unui plan, program, raportare etc. 6 Impunerea se referă la toate măsurile adoptate de autorităţile competente pentru încurajarea sau constrângerea de a se conforma legislaţiei existente: monitorizare, controale locale, sancţiuni, măsuri de corecţie obligatorii, în vederea ameliorării calităţii mediului în ansamblu. Impunerii i se acordă o atenţie din ce în ce mai mare în Uniunea europeană datorită problemelor legate de implementarea neuniformă în statele membre, dar şi datorită recunoaşterii faptului că pot apărea probleme legate de conformare şi în ţările care dispun de legi şi proceduri stricte. Controlul aplicării directivelor şi coordonarea aplicării reglementărilor comunitare implică o raportare a statelor membre UE către Comisie a unor date şi informaţii, stabilite prin actele normative respective. Comisia trebuie să examineze introducerea măsurilor comunicate de statele membre, iar în caz de neconcordanţă, conform art. 169 din Tratat, poate introduce acţiune împotriva statului respectiv. În activitatea de control un rol deosebit revine plângerilor (individuale sau colective). Comisia este informată prin plângere de incorecta implementare a măsurilor, prin intermediul unei petiţii adresate Parlamentului European. După examinarea de rigoare, Comisia poate solicita informaţii suplimentare petiţionarului (fără a-i divulga identitatea). Ulterior, informează statul respectiv despre plângerea depusă şi baza legală a actului care a fost încălcat sau ignorat şi solicită motivaţia acestuia. Dacă sunt remediate deficienţele Comisia poate decide închiderea cazului. În caz contrar, ea poate să ducă cazul în faţa Curţii de Justiţie. Aceasta analizează problema şi hotărăşte dacă statul respectiv membru şi-a îndeplinit obligaţiile sau nu. Numai informaţiile

387

21.3. Protecţia atmosferei în dreptul intern 1. Sediul materiei Este reprezentat de OUG nr. 243/2000 privind protecţia atmosferei care dispune că Autoritatea publică centrală pentru protecţia mediului este cea mai înaltă autoritate de decizie şi control în domeniul protecţiei atmosferei şi stabileşte responsabilităţile şi atribuţiile tuturor autorităţilor implicate în acest sector. De asemenea, în Ordonanţa de urgenţă a Guvernului nr. 195/2005 privind protecţia mediului, modificată prin Legea nr. 265/2006 sunt reglementate atât obligaţiile şi drepturile persoanelor fizice cât şi atribuţiile şi responsabilităţile juridice ale Autorităţii publice centrale pentru protecţia mediului. Regimul juridic de protecţie al atmosferei are la bază principiul prevenirii poluării şi cel de abordare integrată a protecţiei. 2. Strategii şi planuri Prin Hotărârea Guvernului nr. 645/2005 a fost adoptată prima Strategie Naţională privind Schimbările Climatice (SNSC). Cu ajutorul acestei Strategii, România a făcut primii paşi în direcţia implementării politicilor din acest domeniu, în vederea limitării emisiilor de gaze cu efect de seră şi a pregătirii măsurilor de adaptare la efectele posibile ale schimbărilor climatice. SNSC defineşte politicile României privind respectarea obligaţiilor internaţionale prevăzute de Convenţiacadru a Naţiunilor Unite asupra Schimbărilor Climatice (UNFCCC) şi de Protocolul de la Kyoto precum şi priorităţile naţionale ale României în domeniul schimbărilor climatice. Planul naţional de acţiune privind schimbările climatice (PNASC) a fost aprobat prin Hotărârea Guvernului nr. 1877/2005. Acesta este principalul instrument de implementare a SNSC, care stabileşte şi modul în care se vor raporta progresele realizate în implementare. Aplicarea unitară pe teritoriul României a obiectivelor şi a prevederilor Convenţiei-Cadru şi a Protocolului de la Kyoto este realizată prin promovarea măsurilor şi a acţiunilor de către Comisia Naţională privind Schimbările Climatice, care reprezintă un organism interministerial, aprobat prin Hotărârea Guvernului nr. 658/2006. Ordinul nr. 1122/2006 a aprobat Ghidul privind utilizarea mecanismului „implementare în comun (JI)” pe baza modului II (art. 6 al Protocolului de la Kyoto). Pentru România, proiectele JI se pot referi la retehnologizarea şi eficientizarea instalaţiilor depăşite din punct de vedere fizic şi moral şi implementarea unor tehnologii noi în domenii (tipul proiectului) precum: - creşterea eficienţei energetice; - reabilitarea şi/sau eficientizarea unor sisteme de încălzire centralizată; aduse în faţa Curţii Supreme sunt publice în totalitate. Pentru alte amănunte a se vedea Cristina Ionescu, M. Manoliu, Politica şi legislaţia europeană a mediului, Ed. HGA, Bucureşti, 2000, p.90-91.

388

- construcţia instalaţiilor de cogenerare sau transformarea unor centrale termice în centrale de cogenerare; - schimbarea combustibililor în instalaţiile de producere a energiei cu combustibili "curaţi" sau trecerea la utilizarea combustibililor cu conţinut scăzut de carbon; - reabilitarea şi/sau eficientizarea unor grupuri de la termocentrale; - finalizarea sau reabilitarea unor hidroagregate sau hidrocentrale; - promovarea surselor de energie regenerabilă (hidro-, geotermală, eoliană, solară, biomasă); - evitarea sau recuperarea - în scopul utilizării energiei - a gazelor de haldă provenite de la depozitarea deşeurilor urbane; - reabilitarea termică a clădirilor; - retehnologizarea unor instalaţii industriale; - reducerea emisiilor de GHG provenite din transporturi; - reducerea emisiilor de GHG provenite din agricultură; - împădurirea unor suprafeţe de teren. 3. Schema de comercializare a certificatelor de emisii de gaze cu efect de seră Prin Hotărârea Guvernului nr. 780/2006 a fost stabilită schema de comercializare a certificatelor de emisii de gaze cu efect de seră, pentru a promova reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră într-un mod eficient din punct de vedere economic. Certificatul de emisii de gaze cu efect de seră reprezintă titlul care conferă dreptul de a emite o tonă de dioxid de carbon echivalent într-o perioadă definită şi care este transferabil în condiţiile prevăzute de lege. Hotărârea se aplică emisiilor gazelor cu efect de seră provenite din activităţile şi instalaţiile prevăzute în anexele 1 şi 2 din Ordonanţa de urgenţă a Guvernului nr. 152/2005 privind prevenirea şi controlul integrat al poluării, aprobată cu modificări şi completări prin Legea nr. 84/2006. Autoritatea competentă pentru protecţia mediului emite autorizaţia privind emisiile de gaze cu efect de seră pentru toată instalaţia sau o parte a acesteia numai dacă apreciază că operatorul este capabil că monitorizeze şi să raporteze emisiile. Aceasta poate acoperi una sau mai multe instalaţii situate pe acelaşi amplasament care sunt operate sau controlate de către acelaşi operator. Ordinul nr. 1008/2006 stabileşte competenţe şi procedura de emitere şi revizuire a autorizaţiei privind emisiile de gaze cu efect de seră, iar Ordinul nr. 1175/2006 a aprobat Ghidul privind monitorizarea şi raportarea emisiilor de gaze cu efect de seră. Monitorizarea şi raportarea emisiilor de gaze cu efect de seră trebuie să se realizeze cu cel mai înalt grad de acurateţe, cu excepţia cazurilor în care acest lucru nu este posibil de realizat din punct de vedere tehnic sau necesită costuri nejustificat de mari pentru operator. 4. Evaluarea calităţii aerului Referitor la evaluarea calităţii aerului înconjurător pentru teritoriul României OUG nr. 243/2000 privind protecţia atmosferei stabileşte că aceasta se efectuează pe baza valorilor limită şi a valorilor de prag, în acord cu standardele naţionale şi ale U.E, iar rezultatele evaluării sunt aduse la cunoştinţă publicului şi se raportează 389

Uniunii Europene de către autoritatea publică centrală pentru protecţia mediului. Desfăşurarea activităţilor care constituie surse fixe de poluare pentru atmosferă este permisă numai cu acord şi/sau autorizaţie de mediu eliberate în urma abordării integrate a impactului asupra mediului, conform reglementărilor legale în vigoare. Transferul de poluanţi din aer către un alt factor de mediu, ca urmare a măsurilor de reducere a poluării aerului înconjurător, este permis în condiţiile menţinerii nivelului poluanţilor sub valorile limită pentru acel factor de mediu, cu acordul autorităţii publice teritoriale pentru protecţia mediului. Emisiile de poluanţi în atmosferă cu impact asupra sănătăţii omului şi mediului se supun taxării. În ceea ce priveşte sursele mobile de poluare a atmosferei, valorile limită pentru poluanţii emişi sunt stabiliţi de Autoritatea publică centrală pentru transporturi şi autoritatea publică centrală pentru industrie, în colaborare cu autoritatea publică centrală pentru protecţia mediului. În acest caz, utilizatorii de surse mobile de poluare au obligaţia să asigure încadrarea în limitele de emisie stabilite pentru fiecare tip specific de sursă, precum şi să le supună inspecţiilor tehnice, conform legislaţiei în vigoare. Normativul din 25/06/2002 conţine prevederi cu privire la: a) valorile limită pentru dioxid de sulf, dioxid de azot şi oxizi de azot, pulberi în suspensie (PM10 şi PM2,5), plumb, benzen şi monoxid de carbon în aerul înconjurător şi valorile-ţintă şi obiectivele pe termen lung pentru ozon în aerul înconjurător; b) pragurile de alertă pentru dioxid de sulf, dioxid de azot şi ozon în aerul înconjurător şi pragul de informare pentru ozon în aerul înconjurător; c) evaluarea nivelurilor de dioxid de sulf, dioxid de azot şi oxizi de azot, pulberi în suspensie (PM10 şi PM2,5), plumb, benzen, monoxid de carbon şi ozon în aerul înconjurător; d) informaţiile ce trebuie comunicate publicului; e) raportarea datelor rezultate din măsurători. Prin Hotărârea Guvernului nr. 586/2004 s-a înfiinţat Sistemului naţional de evaluare şi gestionare integrată a calităţii aerului. 5. Protecţia stratului de ozon Având în vedere prevederile art. 2 şi 5 din Protocolul de la Montreal privind substanţele care epuizează stratul de ozon, adoptat la Montreal la 16 septembrie 1987, la care România a aderat prin Legea nr. 84/1993 şi ale Amendamentului la Protocolul de la Montreal privind substanţele care epuizează stratul de ozon, adoptat la cea de-a doua reuniune a părţilor de la Londra, din 27-29 iunie 1990, au fost adoptate o serie de reglementări naţionale care să transpună obligaţiile asumate de România în acest sens: - Ordonanţa Guvernului nr. 89/1999 privind regimul comercial şi introducerea unor restricţii la utilizarea hidrocarburilor halogenate care distrug stratul de ozon, aprobată cu modificări prin Legea nr. 159/2000 prin care au fost stabilite substanţele care epuizează stratul de ozon şi care sunt supuse controlului şi au fost stabilite restricţii privind regimul comercial şi utilizarea hidrocarburilor 390

halogenate care epuizează stratul de ozon.. - Ordinul nr. 506/1996 care stabileşte modul de reglementare a activităţilor de import şi export cu substanţe, produse şi echipamente înscrise în anexele A, B, C, D şi E ale Protocolului de la Montreal privind substanţele care epuizează stratul de ozon. - Ordinul nr. 304/2006 pentru contingentarea consumului şi producţiei de substanţe care epuizează stratul de ozon în anul 2006. - Prin Hotărârea Guvernului nr. 243/1995 a fost înfiinţat Comitetul Naţional pentru Protecţia Stratului de Ozon care promovează măsurile şi acţiunile necesare aplicării pe teritoriul României a prevederilor Convenţiei de la Viena privind protecţia stratului de ozon, adoptată în anul 1985, a protocoalelor şi amendamentelor ulterioare la această convenţie, ratificate de România. 21.4. Cadrul legal pentru realizarea obiectivelor unei politici durabile în domeniul apelor 1. Conform Directivei cadru Apa ,,apa nu este un produs comercial ca oricare altul, ci o moştenire care trebuie păstrată, protejată şi tratată ca atare” . Obiectivul directivei este ca până în anul 2010 să se asigure o stare bună a tuturor apelor de suprafaţă şi subterane. În acest scop, în luna mai 2001, a fost adoptată o pentru toate autorităţile naţionale, regionale şi locale ale Statelor Membre, ţările din Europa de est, ţările candidate, diverşi parteneri şi ONG. Transpunerea prevederilor Directivei Cadru privind Apa nr. 2000/60/EEC în legislaţia românească s-a realizat prin modificarea Legii apelor nr.107/19967. Pentru asigurarea cerinţelor de calitate a apelor au fost stabilite modalităţile de clasificare şi prezentare a stării ecologice – inclusiv monitoringul biologic; procedura pentru stabilirea valorilor standard în vederea caracterizării stării chimice de calitate precum şi modul de proiectare al programului de monitoring (de supraveghere, operaţional şi de investigare). 2. Avize şi autorizaţii. Prin Ordinul nr. 662/2006 au fost aprobate procedurile şi competenţele de emitere a avizelor şi autorizaţiilor de gospodărire a apelor8. Practic, ordinul introduce obligaţia utilizatorului de apă de a solicita şi obţine, la faza de proiectare, un "aviz de gospodărire a apelor" ce reglementează atât regimul lucrărilor care se construiesc pe ape sau au legătură cu apele, cât şi 7

8

Prin Legea nr. 310/2004, Legea nr. 112/2006, Ordonanţa de urgenţă 12/2007, Ordonanţa de urgenţă 130/2007. Autorizaţia de gospodărire a apelor reprezintă actul care condiţionează din punct de vedere tehnic şi juridic funcţionarea sau exploatarea obiectivelor noi, construite pe ape sau care au legătură cu apele de suprafaţă, subterane, cu zona costieră, faleza, litoralul şi plaja mării, cu apele maritime interioare, marea teritorială, zona economică exclusivă şi platoul continental, precum şi funcţionarea şi exploatarea în continuare a celor existente şi după caz, desfăşurarea activităţii de depozitare, manevrare şi/sau transport prin conducte a substanţelor periculoase, sau alte activităţi pe sol sau în subsol care pot conduce la evacuarea indirectă de substanţe periculoase în apele subterane sau de suprafaţă.

391

activităţile social-economice, cu efecte potenţial negative asupra componentei hidraulice a mediului. Punerea în funcţiune sau exploatarea acestor lucrări se face numai în baza "autorizaţiei de gospodărire a apelor" emisă de Administraţia Naţională "Apele Române", direcţiile de ape sau sistemele de gospodărire a apelor. 3. Dreptul de proprietate şi de folosinţă asupra diverselor categorii de ape a fost reglementat prin art. 3 din Legea apelor nr. 107/19969. Dreptul de folosinţă a apelor de suprafaţă sau subterane, inclusiv a celor arteziene, se stabileşte prin autorizaţia de gospodărire a apelor şi se exercită potrivit prevederilor legale (art. 9). Acest drept include şi evacuarea, în resursele de apă, de ape uzate, ape din desecări ori drenaje, ape meteorice, ape de mină sau de zăcământ, după utilizare. Orice persoană fizică, pe propria răspundere, poate utiliza liber pentru îmbăiere apele marine şi apele interioare din afara zonelor de restricţie. În ceea ce priveşte apele subterane utilizarea se face numai pe baza rezervelor determinate prin studii hidrogeologice. 4. Poluarea apelor cauzată de anumite substanţe periculoase Directiva 76/464/CE privind poluarea produsă prin anumite substanţe periculoase evacuate în mediul acvatic cere SM să ia măsuri pentru eliminarea poluării apelor cu substanţe din ,,Lista Neagră” (compuşii organohalogenaţi, organofosforici şi organostanici, mercur, cadmiu şi compuşii lor, substanţe cancerigene, uleiuri minerale persistente şi hidrocarburi şi substanţe sintetice persistente). Prin această directivă se impune şi reducerea poluării cu substanţele din ,,Lista cenuşie” (metale grele, biocide, cianuri şi fluoruri). Valorile limită trebuie să fie stabilite doar pe baza toxicităţii, persistenţei şi bioacumulării, ţinând seama de cele mai bune metode tehnice disponibile. Au fost stabilite valori limită pentru: cadmiu, mercur, HCH, DDT, PCP, cloroform, HCB/HCBD, aldrin, dieldrin, endrina, izodrin. Pentru implementarea prevederilor comunitare, România a solicitat o perioadă de tranziţie de până la 8 ani, până în anul 201510. 9

Astfel, aparţin domeniului public al statului apele de suprafaţă cu albiile lor minore cu lungimi mai mari de 5 km şi cu bazine hidrografice ce depăşesc suprafaţa de 10 km2, malurile şi cuvetele lacurilor, precum şi apele subterane, apele maritime interioare, faleza şi plaja mării, cu bogăţiile lor naturale şi potenţialul valorificabil, marea teritorială şi fundul apelor maritime. Albiile minore cu lungimi mai mici de 5 km şi cu bazine hidrografice ce nu depăşesc suprafaţa de 10 km2, pe care apele nu curg permanent, aparţin deţinătorilor, cu orice titlu, ai terenurilor pe care se formează sau curg. Proprietarii acestor albii au obligaţia de a folosi aceste ape în concordanţă cu condiţiile generale de folosire a apei în bazinul respectiv. Insulele, care nu sunt în legătură cu terenurile cu mal la nivelul mediu al apei, aparţin proprietarului albiei apei. Apa subterană poate fi folosită de proprietarul terenului, numai în măsura în care sunt respectate normelor sanitare şi de protecţie a calităţii apelor, pentru băut, adăpat, udat, spălat, îmbăiat şi alte trebuinţe gospodăreşti, dacă pentru aceasta nu se folosesc instalaţii sau se folosesc instalaţii de capacitate mică de până la 0,2 litri/secundă, destinate exclusiv satisfacerii necesităţilor gospodăriei proprii. 10 Perioada de tranziţie solicitată este determinată de măsurile necesare pentru schimbarea programului de monitorizare (atât pentru extinderea surselor de poluare industriale cât şi a numărului de indicatori (32)), precum şi a mediilor de investigare (apă, sediment, sol, peşti,

392

Directiva a fost transpusă prin Hotărârea Guvernului nr.783/2006 privind Programul de eliminare treptată a evacuărilor, emisiilor şi pierderilor de substanţe prioritar periculoase. Programul de eliminare vizează: apele uzate industriale epurate sau neepurate, apele uzate evacuate din staţiile de epurare orăşeneşti care primesc ape uzate industriale epurate sau neepurate. Evacuarea directă sau indirectă a substanţelor chimice periculoase trebuie să fie autorizată şi se stabileşte prin autorizaţia de gospodărire a apelor. În ceea ce priveşte instalaţiile noi se vor acorda autorizaţii numai în cazul în care acestea conţin referinţe care corespund celor mai bune mijloace tehnice disponibile pentru prevenirea evacuărilor. De asemenea, în cadrul Convenţiei pentru Protecţia Fluviului Dunărea (ratificată prin Legea nr. 14/1995), România şi-a asumat o serie de obligaţii referitoare la calitatea apelor de suprafaţă din bazinul Dunării şi la programul de monitorizare a substanţelor periculoase. Hotărârea de Guvern nr. 472/200011 privind unele măsuri de protecţie a calităţii apelor stabileşte plăţile pentru descărcarea de ape uzate, taxele şi penalităţile pentru depăşirea valorilor limită stabilite. Aceste penalităţi se actualizează periodic. De asemenea, Comisia Internaţională pentru Protecţia Fluviului Dunărea (ICPDR) a adoptat, în octombrie 2000, cerinţele minime pentru evacuările din sectoarele industriale, valorile ţintă şi valorile limită de prag pentru calitatea apelor în bazinul Dunării. 5. Protecţia apelor subterane Activitatea de cunoaştere a calităţii apelor subterane freatice se desfăşoară la nivelul marilor bazine hidrografice, pe unităţi morfologice, iar în cadrul acestora, pe structuri acvifere (subterane), prin intermediul staţiilor hidrogeologice, cuprinzând unul sau mai multe foraje de observaţie. Apele subterane, corespunzătoare calitativ, sunt destinate în primul rând pentru alimentarea cu apă a populaţiei şi a animalelor, precum şi pentru asigurarea igienei şi sănătăţii populaţiei. Aceste ape pot fi utilizate şi în alte scopuri, numai în baza autorizaţiei de gospodărire a apelor. Rezervele de ape subterane se pot reface sau suplimenta, prin lucrări de realimentare artificială a corpurilor de apă subterană, cu apă provenind din orice sursă de apă de suprafaţă sau subterană. 6.Calitatea apelor superficiale destinate producerii de apă alimentară. Apa destinată consumului uman Directiva nr.75/440/EEC privind calitatea cerută apelor de suprafaţă destinate prelevării de apa potabilă a fost transpusă prin Hotărârea Guvernului nr.

moluşte, plante acvatice). De asemenea, sectorul industrial, în baza studiului de evaluare a costurilor, are nevoie de timp pentru aplicarea noilor limite de emisie. 11 Publicată în Monitorul Oficial nr. 272 din 15 iunie 2000.

393

100/200212 pentru aprobarea Normelor de calitate pe care trebuie să le îndeplinească apele de suprafaţă utilizate pentru potabilizare NTPA-013 şi a Normativului privind metodele de măsurare şi frecvenţa de prelevare şi analiză a probelor din apele de suprafaţă destinate producerii de apă potabilă NTPA-014. Conform cerinţelor comunitare, apele de suprafaţă se clasifică în funcţie de valorile limită în 3 categorii (A1, A2 şi A3). Fiecărei categorii îi corespunde o tehnologie standard adecvată de tratare şi anumite caracteristici fizice, chimice şi microbiologice. Sunt stabilite următoarele elemente: parametri, prelevare, frecvenţe de prelevare şi metode de analiză a probelor şi responsabilităţile, autorităţile competente în domeniul gospodăririi apelor. Din punct de vedere instituţional, aplicarea prevederilor acestei directive revine MMGA, prin Compania Naţională "Apele Române" şi a autorităţilor locale care sunt deţinătorii instalaţiilor de tratare a apei şi care au obligaţia de a controla calitatea apei folosite pentru prepararea apei potabile. In prezent, calitatea apei potabile este reglementată prin Legea nr. 458/200213. Acest act normativ stabileşte următoarele elemente: condiţiile de calitate; monitorizarea; măsurile de remediere şi restricţiile în utilizare a apei potabile; situaţiile în care sunt permise derogări pe o perioadă determinată de la valorile parametrilor stabiliţi; modalitatea de informare a consumatorului, aspectele privind asigurarea calităţii tehnologiilor de tratare, a echipamentelor, substanţelor şi materialelor care vin în contact cu apa potabilă. Legea dispune că supravegherea calităţii apei potabile se asigură de către autoritatea publică centrală din domeniul sănătăţii, precum şi de autorităţile publice locale. Apa potabilă trebuie: a) să fie lipsită de microorganisme, paraziţi sau substanţe care, prin număr sau concentraţie, pot constitui un pericol potenţial pentru sănătatea umană; b) să întrunească cerinţele minime privind parametrii microbiologici, parametrii microbiologici pentru apa comercializată în sticle sau alte recipiente şi parametrii chimici14; c) să respecte prevederile referitoare la condiţiile de calitate, monitorizare, măsurile de remediere şi restricţii în utilizare şi asigurarea calităţii tehnologiilor de tratare, echipamentelor, substanţelor şi materialelor care vin în contact cu apa potabilă. Referitor la sursele ce asigură apa potabilă în mediul rural - fântâni, puţuri de mică adâncime şi captări de apă, exploatate în sistem local se precizează că acestea 12

Publicat în Monitorul Oficial nr. 130 din 19 februarie 2002, modificată prin HG 662/2005 şi HG 576/2006. 13 Publicată în Monitorul Oficial nr. 552 din 29 iulie 2002, modificată prin Legea nr. 311/2004, publicată în Monitorul Oficial nr.582 din 30 iunie 2004. 14 De exemplu: Valorile CMA pentru unii parametrii chimici ( g/l) sunt: arsen=10; benzen= 1; bor=1; cadmiu= 5; cianuri libere=10; fluor=1.2; plumb=10 (la robinetul consumatorului), nitraţi=50; nitriţi=0.5 (se aplică formula: nitrat/50+nitrit/3,