Ecologie generală

Cuprins I. Bazele ecologiei .................................................................................

3

1. Ştiinţa ecologie ......................................................................................................

4

2. Gândirea sistemică ...............................................................................................

20

3. Fenomenul ecologic ...............................................................................................

31

4. Economia biosferei ...............................................................................................

52

II. Ecosistemul – formaţiune geospaţială ........................................

91

5. Structura ecosistemului .....................................................................................

92

6. Funcţiile ecosistemului ........................................................................................

126

7. Modificarea ecosistemelor în timp ...................................................................

145

III. Tipologia ecosistemelor ...............................................................

157

8. Ecosisteme naturale .............................................................................................

158

9. Ecosisteme amenajate .........................................................................................

185

IV. Ecologia peisajului ...........................................................................

208

10. Eterogenitatea peisajului ..................................................................................

209

11. Procese ecologice în peisaje eterogene .........................................................

232

Teste de autoevaluare ..........................................................................

242

Bibliografie selectivă ...............................................................................................

257

3

1. ŞTIINŢA ECOLOGIE

1.1 Conţinut şi obiect de studiu 1.2 Relaţia cu alte ştiinţe 1.3 Scurt istoric 1.4 Metode de studiu

- interacţiune - economia naturii - interdisciplinaritate - ecologie trofică

- abordare istorică - „acoperişul ştiinţelor” - Ernst Haeckel - Grigore Antipa

Obiective ) Însuşirea interacţiunii ca principiu fundamental pentru cunoaşterea proceselor şi fenomenelor ecologice ) Cunoaşterea domeniilor cercetării ecologice şi a modalităţilor de valorificare a rezultatelor în activităţile social-economice ) Înţelegerea Ecologiei ca ştiinţă cu un profund caracter interdisciplinar, care asigură integrarea informaţiilor din toate domeniile: ştiinţe fundamentale, ale naturii, sociale, tehnice ) Identificarea etapelor parcurse în cercetarea realităţii recunoaşterea contribuţiilor româneşti în acest domeniu

ecologice

şi

) Crearea cadrului metodologic de abordare a fenomenului ecologic ) Cunoaşterea modalităţilor de cercetare care pot fi folosite în domeniul ecologiei

4

Ecologie generală

1.1 Conţinut şi obiect de studiu Realitatea ultimelor decenii a adus în atenţia publicului larg, dar şi a factorilor de decizie nenumărate dovezi ale unui raport de forţe dezechilibrat, aflat într-o stare fără precedent. Este vorba de raportul de forţe dintre natură şi societate. De-a lungul timpului, echilibrul, armonia rareori au fost atribute ale acestui raport. Faptul că situaţia actuală nu are precedent este explicat nu atât de dezechilibru, cât de inversarea raportului. O scurtă privire în istorie, percepţia fiecărui om, valorile culturale, modelele de comportament promovate prin religie sunt numai câteva din elementele care ne conving de neputinţa omului în faţa forţelor naturii. Examinând însă noile dovezi, de altfel urme ale civilizaţie moderne, rezultă un raport om-natură supraunitar. Cu alte cuvinte, noi, oamenii, cu sau fără ştiinţa noastră ieşim învingători din lupta cu natura sau cel puţin din numeroase bătălii. „Intoxicarea” mediului cu substanţe noi, creşterea nivelului de radioactivitate, defrişările masive, carierele, munţii de steril, schimbările climatice, perimetrele construite, amenajările agricole etc. sunt materializări dorite şi nedorite ale acestor victorii. În acest context, s-au conturat şi au luat apoi o amploare din ce în ce mai mare preocupările legate de mediul înconjurător. Inventarierea, descrierea, analiza problemelor s-a dovedit insuficientă. Pentru a găsi soluţii, pentru a pune premisele unei relaţii armonioase cu natura, abordarea fenomenelor şi proceselor trebuie să fie holistă, să cuprindă întregul ansamblu, astfel încât cunoaşterea umană să acopere toată complexitatea naturii, de la modul de organizare, structurare şi funcţionare la transformările generate de procesele ireversibile specifice acesteia. Ecologia este domeniul ştiinţific care dispune de instrumentarul specific şi nu numai pentru a răspunde acestor cerinţe, valorificând, în acelaşi timp, suportul informaţional acumulat în diverse alte domenii. În sens general, ecologia are ca obiect de studiu relaţiile de interacţiune dintre materia vie şi mediu, dintre sistemele alcătuite de plante şi animale. Sau, mai concret, ecologia îşi propune să pună în evidenţă mecanismele intime ale vieţii pe Terra, ale proceselor naturale de transformare ale substanţei, energiei şi informaţiei în care se angajează materia vie organizată sub formă de sisteme.

Ecologia este ştiinţa care se ocupă cu studiul relaţiilor de interacţiune din biosferă, cuprinzând relaţiile intra- şi interspecifice şi relaţiile cu mediul de viaţă anorganic. Luând în considerare sensul etimologic (cadrul nr. 1-1), ecologia este ştiinţa gospodăriei din natură, a felului cum convieţuiesc plantele şi animalele. Vieţuirea unor organisme în asociaţii permanente nu este întâmplătoare. Fiinţele vii trăiesc în dependenţă reciprocă. De exemplu, anumite insecte nu pot trăi

5

Ştiinţa Ecologie

fără nectarul florilor, bogat în substanţe zaharoase; pe de altă parte, plantele care produc asemenea substanţe nu se pot reproduce fără ajutorul insectelor respective. Cadrul nr. 1-1 Etimologia termenului „ecologie”

Construit precum termenul de „economie”, termenul de „ecologie” derivă, în parte, din rădăcina indo-europeană weik, care desemenează o unitate socială superioară „casei” şefului de familie. Această rădăcină a dat sanscritul vecah (casă), latinul vicus (cartierul unui oraş, burg) şi grecul oikos (habitat, acasă). Ca atare „ecologie” a fost construit pe baza a două cuvinte greceşti: oikos şi logos (logia = discurs). În secolul al XX-lea se revine insistent asupra domeniului abordat de ştiinţa ecologie, delimitându-se două direcţii: prima menţine spiritul definiţiei lui Ernst Haeckel, fondatorul ecologiei, accentul fiind pus pe organisme, pe relaţiile de interacţiune în care sunt acestea implicate (Dajoz, 1970, MacFadyen, 1957, Sacchi, Testard, 1971, Krebs, 1972), în timp ce a doua direcţie scoate în evidenţă organizarea sistemică la nivel supraindividual, respectiv interacţiunile dintre aceste sisteme (Odum, 1966, Stugren, 1975, Botnariuc, 1982, Vădineanu, 1982). O dată cu apariţia fenomenelor de poluare şi degradare a mediului, ecologia a fost trecută în rândul ştiinţelor prioritare, cu un pronunţat rol practic. Fenomenul ecologic, prin latura sa negativă (afectarea proceselor naturale de obţinere a hranei, a existenţei societăţii), devine un partener permanent în procesele de adoptare Ecologia – a deciziilor economice, sociale şi chiar politice. Ecologia, ca ştiinţă a componentă a deciziei interacţiunilor din şi dintre sistemele supraindividuale, are economice puternice legături cu activitatea omului, în general, şi cu activitatea economică, în special. Prin activitatea sa economică, omul pătrunde în procesele complexe din ecosisteme, preluând o parte din materie pentru interesele sale şi ale societăţii. El va pune „la treabă” multe plante şi animale pentru a-i completa forţa şi pentru a-i procura hrana.1 De aceea, în activitatea sa economică omul va trebui să ştie ceea ce se petrece în lumea plantelor şi a animalelor, care factori influenţează echilibrul ecologic şi cum poate fi atrasă entropia joasă din diferite regiuni ale Terrei sau din lumina şi căldura Soarelui. Ecologia – Ca ştiinţă aplicată, ecologia dezvoltă şi pune în practică ştiinţă cunoştinţele teoretice de la care ar trebui puse, apoi rezolvate, cele aplicată mai multe din problemele legate de ocrotirea, amenajarea sau 1

Bran, P. Economica valorii, Bucureşti, Editura ASE, 2001, p.37

6

Ecologie generală

exploatarea ecosistemelor şi a resurselor regenerabile ale biosferei. În următoarele decenii, ea este chemată să joace, un rol din ce în ce mai important, prin contribuţia sa la dezvoltarea unui nou mod de gândire, de abordare a realităţii economice, sociale şi politice generate de expansiunea omului în biosferă. Activitatea de cercetare-dezvoltare în ecologie se circumscrie în jurul a mai multe direcţii, reprezentate de: ecologia populaţiilor, ecologia ecosistemelor, ecologia comunităţilor, ecologie spaţială sau a peisajului etc. (fig.1-1). ECOLOGIE

Cicluri biogeochimice şi fluxuri de energie

Procese biodemografice

Dinamica şi funcţionalitatea populaţiilor

Funcţionarea şi dinamica ecosistemelor

SOCIETATE

Fig .1-1 Direcţii fundamentale de cercetare în ecologie

Ecologia populaţiilor abordează problema dinamicii şi interacţiunii acestora la nivelul plantelor, animalelor şi microorganismelor. Ecologia ecosistemelor sau a comunităţilor are ca Ecologia populaţiilor, obiect de cercetare elemente care nu mai sunt exclusiv biologice, ecosistemelor,fiind integrate şi ciclurile materiei, fluxurile energetice şi transmiterea informaţiilor. Ecologia spaţială are în vedere localizarea spaţială ecosistemelor şi modul cum relaţiile spaţiale, variabilitatea în profil teritorial se exprimă la nivelul interacţiunilor specifice sistemelor supraindividuale, precum şi diferenţierea scărilor de abordare în funcţie de procesele studiate, pentru a fi posibilă evidenţierea cât mai corectă a relaţionărilor. Influenţa exercitată de societate devine din ce în ce mai importantă, astfel că un studiu ecologic se va completa, Integrarea cunoştinţelor obligatoriu, prin considerarea componentei sociale. În ultimul din diferite timp, devine din ce în ce mai importantă şi situaţia inversă, în care studiul social sau economic trebuie să includă şi o evaluare a domenii

7

Ştiinţa Ecologie

impactului ecologic.2 Rezultă astfel o caracteristică importantă a ecologiei, subliniată chiar de fondatorul acesteia – integrarea cunoştinţelor din domenii ştiinţifice deosebite, ceea ce contribuie la crearea unei imagini unitare, de ansamblu, indispensabile pentru o societate pe umerii căreia a început să apese povara responsabilităţii menţinerii echilibrului biosferei, a echilibrului planetar, în general.

ª Domenii

È È

È

È

Multiplicarea cantitativă şi calitativă a fenomenului ecologic a făcut ca în cadrul ecologiei să se diferenţieze mai multe subdomenii: ecologia vegetală, ecologia animală, ecologia umană ş.a. La baza subdivizării pot fi şi domeniile de viaţă, rezultând: oceanografia, limnologia, biospeologia, ecopedologia, ecologia agricolă, ecologia forestieră, ekistica (ecologia aşezărilor umane).3 Din punct de vedere al nivelului abordat din organizarea sistemică a viului, populaţional sau biocenotic, se diferenţiază: 4 Autoecologia, care studiază caracteristicile ecologice ale unei specii, evidenţiind adaptările sale la acţiunea factorilor de mediu fizici şi biotici şi Sinecologia, care are în vedere studierea raporturilor de convieţuire ale indivizilor în cadrul populaţiilor şi a raporturilor dintre populaţii în cadrul biocenozei, ţinându-se seama de interacţiunea lor cu condiţiile mediului abiotic, de productivitate etc. În sfârşit, o altă delimitare se realizează în funcţie de domeniul de aplicabilitate al rezultatelor cercetării. Astfel, se individualizează: Ecologia teoretică, punând accentul pe creşterea gradului de cunoaştere din domeniu pe diferite direcţii: ecologie terestră, ecologie acvatică, limnologie, ecologie globală şi pe diferite niveluri: ecosisteme, peisaje, biomuri, biosferă. Ecologia aplicată prin care sunt investigate diverse procese rezultate din interacţiunea omului cu sistemele ecologice sau sunt aplicate rezultatele cercetărilor teoretice în vederea creşterii armoniei activităţilor umane în relaţiile cu mediul înconjurător: reconstrucţie ecologică, ecologia proceselor de degradare, ecologie agricolă, gospodărirea resurselor naturale etc. De un real folos pentru activitatea economică este conţinutul subdomeniului gospodărirea resurselor, care realizează legătura directă între procesele economice şi sursele de substanţă, energie şi informaţie din mediul înconjurător.

Rojanschi, V., Bran, Florina, Diaconu, Simona, Florian, G., Evaluarea impactului ecologic şi auditul de mediu, Bucureşti, Editura ASE, 2004, p. 23 3 Bran, Florina, Ecologie generală şi protecţia mediului, Bucureşti, Editura ASE, 2002, p. 21 4 Pârvu, C., Ecologie generală, Bucureşti, Editura Tehnică, 2001, p. 17-18 2

8

Ecologie generală

Limita superioară a domeniului de studiu al ecologiei este

Relaţia reprezentată de biosferă, limita inferioară – de nivelul organismului mediu-viaţă individual. Sub aspect sintetic, ecologia scoate în evidenţă relaţiile viaţă-mediu, ceea ce reprezintă esenţa ecologiei generale sau a ecologiei teoretice, conducând la interpretarea sistemică a proceselor ecologice, ca părţi ale biosferei – ecosistemului. În ecologie se subliniază şi un punct de vedere mezoecologic, ca studiu al particularităţilor interacţiunilor viaţă-mediu, în funcţie de natura mediului. Extinderea obiectului de studiu al ecologiei asupra întregului mediu biotic al antroposferei duce la înglobarea în domeniul său şi a unor domenii extrabiologice. În acest sens, sistemul general al biosferei devine un sistem deschis spre spaţiul interplanetar.

1.2 Relaţia cu alte ştiinţe Fenomenul ecologic se remarcă prin complexitatea dată de diversitatea elementelor participante, pe de o parte şi de interacţiunile posibile dintre acestea, pe de alta. Prin urmare, pentru cunoaşterea lui este necesară integrarea informaţiilor furnizate de mai multe domenii ştiinţifice. Apărând ca o ramură a biologiei, într-o primă etapă, ecologia a apelat la instrumentarul folosit de aceasta, precum şi diversele sale ramuri (fiziologie, morfologie, genetică etc.). Interacţiunile cu materia nevie având o importanţă egală, a devenit necesară utilizarea cunoştinţelor din alte ştiinţe ale naturii – geografie, fizică, chimie etc.

ª Ecologie–Geografie

Geosistemspaţiu Ecosistemfuncţie (biologică)

Apropierile dintre geografie şi ecologie ajung la zone de intersecţie foarte largi. În geografia clasică s-a încetăţenit noţiunea de peisaj, mediu geografic, ca o sinteză a reprezentărilor concrete ale intercondiţionărilor dintre componentele naturii (relief, vegetaţie, apă, climă etc.). Geografia şi ecologia se întâlnesc în zona definirii ecosistemului. Pentru geografi, acest concept se cuprinde în cadrul mai larg al geosistemelor. Geosistemele (cum ar fi Podişul Moldovei sau Podişul Basarabiei) cuprind mai multe ecosisteme: terenurile agricole, pădurile de stejar, luncile, mlaştinile etc. Pusă astfel problema, ecologia studiază bazele naturale ale spaţiului vital al omului în dimensiunile relevante acestuia, accentuând procesele geomorfologice (Roşu, 1987).

9

Ştiinţa Ecologie

Unitatea de studiu a geografiei este peisajul geografic, numit landşaft. Geosistemele se bazează pe interacţiunea elementelor geomorfologice, climatice şi hidrologice cu lumea vie. Geosistemul are caracter spaţial, pe când ecosistemul este un sistem funcţional. Geosistemul, spre deosebire de ecosistem, include şi aşezările omeneşti. Cadrul nr. 1-2 Podişul Basarabiei

Podişul Basarabiei, ca expresie concretă a unui peisaj sau geosistem distinct, are drept „mediu” suprafaţa estică a Podişului Moldovei, cuprinsă între Prut şi Nistru, care se include părţii estice a Platformei Moldoveneşti aflată în contact prin Valea Nistrului cu Platforma Rusă. Acesta se înscrie în subzona temperat-continentală. Deci, Podişul Basarabiei se prezintă ca o entitate complexă, bine individualizată; el nu poate fi cercetat izolat de „mediu” Podişul Moldovei. Existenţa Podişului Basarabiei, conservarea mediului este asigurată de legătura dintre componente; presiunea exterioară, variabilitatea stimulilor cu care mediul acţionează pun în evidenţă universalitatea integrării componentelor constitutive ale unităţii.5 Viziunea sistemică în geografie a fost dezvoltată în România de Alexandru Roşu, pentru care abordarea corespunzătoare trebuie să aibă în vedere coordonatele eco-geografice globale. Acest lucru este necesar pentru că geosistemul este dimensiunea „celulară” a învelişului geografic, o „împlinire” a tendinţei de diversificare a structurilor terestre. Cadrul nr. 1-3 Relaţia de interdisciplinaritate geoecologie-ecologie. Peisaj-geosistem

Noţiunea de peisaj, intrată în terminologia geografică prin intermediul şcolii franceze, sinonimă termenului german landşaft, a căpătat astăzi un înţeles mult mai aprofundat. Extensiunea studiului său ca obiect de bază al cercetării geografice a luat, în acelaşi timp, o amploare atât de mare, încât în literatura de specialitate s-a ajuns la formularea unei ştiinţe a peisajului. Paralel, ca urmare a tendinţei de aliniere la cerinţele ecologice şi ca un ecou al gândirii sistemicocibernetice, devenită paradigmă a epocii noastre, a apărut termenul de geosistem. Acesta, suprapunându-se celui de peisaj, deschide mult drumul către prognoza geografică în implicarea activă a geografiei în problemele ecologice, ale mediului, în utilizarea raţională a spaţiului şi a resurselor. „Orice obiect sau fenomen natural ne apare ca un ansamblu complex de fenomene, încadrat logic pe o anumită treaptă taxonomică, în ordinea ierarhică universală, având o dinamică, o funcţionalitate şi o autodezvoltare cu calităţi formalizabile, cuantificabile şi cu posibilităţi de prognoză. Acesta este conceptul generalizat pe care îl conturează teoria sistemico-cibernetică, pentru orice parte din întregul universal şi pentru orice întreg calitativ al acestei părţi.”6 În acest context ne putem pune o serie de întrebări: Ca unitate teritorială, poate fi considerat peisajul o complexitate de tip sistemic? Care sunt elementele definitorii ale peisajului considerat drept unitate sistemică şi în ce măsură acestea au fost cercetate şi întrevăzute anterior? Bran, Florina, Potenţialul geoecologic al Podişului Basarabiei, calitatea mediului şi măsuri de protecţie, Bucureşti ,Editura Diogene, 1998, p. 129 6 Idem, p. 42 5

10

Ecologie generală

Complexitatea şi pluridimensionalitatea. Peisajul, ca noţiune geografică care ilustrează înfăţişarea unui teritoriu, constituie expresia unei „varietăţi armonice” a reliefului, apelor, vegetaţiei, aşezărilor etc. Peisajul are pluridimensionalitate direcţionată, pe de o parte, de natura componentelor abiotice, biotice şi antropice cu încărcături funcţionale specifice, iar pe de altă parte, de interacţiunea legităţilor celor trei niveluri de organizare – macro, mezo şi micro – materializate în calitatea sistemică a peisajului. Vintilă Mihăilescu, în prefaţa lucrării „Geografia mediului înconjurător” (Roşu, Ungureanu, 1977), notează la un moment dat: „Deci, omul nu poate fi scos din mediul înconjurător (aşa cum afirma S.Mehedinţi, la începutul secolului nostru) el formând – împreună cu mediul natural umanizat – un întreg, un sistem spaţio-temporal”. Câmpul de investigaţie teoretico-metodologico-sistemic include peisajul, geosistemul. Integrarea „peisajelor” spaţiului geografic. G.Vâlsan sintetizează principiul integrării ca expresie a potenţialului de integraţie propriu oricărui element chimic, fizic, prin definirea peisajului montan, care „nu este numai o masă de materie înălţată deasupra vecinătăţilor, nici numai rocă, nici numai climă, apă, vegetaţie şi animale care sunt legate de el... Muntele este o îmbinare de foarte multe elemente mai simple, dar asocierea acestora în ceea ce numim munte face să apară manifestări noi, pe care nu le are parţial nici unul din componente.” Această integrare sistemică, peisagistică, răspunde integrării, dimensionării calitative a sistemului. Integrarea nu este decât o expresie a însuşirilor mult mai profunde ale realităţii înconjurătoare, care ţin de tendinţa părţilor de a se uni într-un întreg calitativ nou. Mecanismul acestei tendinţe, a însuşirilor integrative, ca şi modificările impuse de întreg asupra componentelor, devin obiectul de studiu al diverselor ramuri ale geografiei şi ecologiei.7 Fiecare geosistem luat în parte se află pe o anumită treaptă taxonomică. Legăturile existente între diversele entităţi geografice sistemice, aflate pe trepte diferite de organizare, fac ca funcţionalitatea componentelor geosistemice să depindă de funcţia şi de locul pe care îl ocupă acestea faţă de geosistemul de rang superior, la a cărui constituire contribuie.8 Geosistemele, ca entităţi sistemice, se organizează după legi specifice fiecărui nivel de organizare. „Localizările însuşirilor unităţilor geografice de nivel superior, de către geosistemele locale, concretizează procesele specifice zonei, regiunii, unităţii complexe în care se includ, iar marile unităţi, la rândul lor, lărgesc aceste localizări, le simplifică şi le ordonează.”9 În definirea geosistemului, s-a pus accentul pe potenţialul său energetic. Acesta se constituie într-un izvor al structurii interne generatoare a parametrilor geografici care determină calitatea geosistemului ca mediu de viaţă şi ca măsură a capacităţii sale ecogeografice, producătoare de viaţă. La rândul ei, productivitatea biologică a geosistemului capătă atributul măsurii calitative a acestuia. Mediu-ecosistem – Peisaj-geosistem

Roşu A., Ungureanu, Irina, Geografia mediului înconjurător, Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică, 1977, p. 100 8 Idem, p.123 9 Roşu, A., Terra, geosistemul vieţii, Bucureşti, Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, 1987, p. 432-433 7

11

Ştiinţa Ecologie

Cerinţele ecologice ale timpurilor noastre au inclus în terminologia de specialitate şi noţiunea generică de mediu. Asupra raporturilor sale cu noţiunile de peisaj şi geosistem persistă unele confuzii. Mediul, în înţelesul său geografic, reprezintă o expresie, o Mediu – concretizare a calităţii geosistemului, ca o dimensiune a expresie a încărcării cu încărcăturii acestuia cu resurse de viaţă. Rezultă faptul că măsura resurse de calităţii peisajului sau geosistemului nu poate fi precizată decât viaţă prin productivitatea biologică, ca o expresie a favorabilităţii mediului pentru viaţă. Faptul că identificăm productivitatea biologică cu măsura Organisme – calităţii peisajului dovedeşte, în acelaşi timp, nevoile cibernetice componente care dirijează funcţionalitatea geosistemului se confundă cu de vârf nevoile de viaţă. Organismele constituie componentele de vârf ale structurii geosistemului, care se identifică cu calitatea funcţională a acestuia. Analiza geosistemică în abordarea problemelor ecologice, cunoaşterea structurii geosistemului sub raport geoecologic, Ecologia – precum şi stabilirea de măsuri pentru optimizarea şi gospodărirea mod de raţională a ecosistemelor ocupă un loc principal în pregătirea gândire al economiştilor. Ca urmare, ecologia a devenit o modalitate de prezentului gândire, o filosofie vie a contemporaneităţii. pentru viitor În tratarea interdisciplinară a realităţii, prin prisma Geografie – Ecologie, ponderea principală revine când Geografiei, când Ecologiei. Studiind Pământul „ca locuinţă a omului”, Geografia se referă, în multe privinţe, la acelaşi obiect de studiu ca şi cel al Ecologiei, iar ideea după care „omul este parte a naturii, a întregului geografic” a fost o contribuţie preţioasă a lui Humboldt şi Mehedinţi la tezaurul cunoaşterii ştiinţifice.

ª Ecologie-Biologie După unii autori, „ecologizarea” ştiinţelor trebuie să înceapă chiar cu biologia. Ecologia a adus cu sine, printre altele, teza nivelurilor de organizare a vieţii (individ, populaţie, biocenoză), teză care nu este identică cu cea a nivelurilor de structurare din interiorul organismelor (celulă, ţesut, aparat, sistem) şi nici cu cele adoptate în sistematică (specie, gen, familie, ordin etc.). Ecologia a dus la reconsiderarea interacţiunilor biotice din biosferă (nivel trofic, lanţ trofic), la o viziune mai completă a relaţiilor dintre organisme şi mediul lor de viaţă la care se „adaptează” şi pe care îl adaptează. Ecologia impune biologiei o privire sistemică şi necesitatea ca relaţiile dintre vieţuitoare să fie descifrate şi înţelese sub această formă sistemică.

12

Ecologie generală

ªEcologie-alte ştiinţe Rezultatele unor ştiinţe cum sunt chimia, biochimia, geochimia, botanica etc. pot, de asemenea, să fie utile pentru ecologie în explicarea proceselor de interacţiune dintre plante şi animale. Nu putem exterioriza rezultatele cercetării fenomenului ecologic fără a face apel la matematică, statistică, economie politică, informatică, precum şi la ştiinţele tehnice, agricole, zootehnice etc.

ªEcologie-ştiinţă enciclopedică Legătura Ecologiei cu alte ştiinţe este ceva mai mult decât o întrepătrundere de graniţă. Este vorba, într-adevăr, de o ştiinţă enciclopedică, care în elaborarea tezelor sale prelucrează informaţii din domeniile ştiinţelor fundamentale, naturale şi sociale, ceea ce justifică atributul de „acoperişul ştiinţelor”, „metaştiinţă” sau „punte „Acoperişul între ştiinţe” pe care le-a dobândit în decursul timpului. Mai mult, ştiinţelor” restricţiile impuse de legile naturii, fiind nu numai recunoscute, ci şi acceptate, concepţia promovată de ecologie va deveni un reper valoros în ordonarea informaţiilor şi alegerea noilor direcţii de aprofundare în sensul armonizării activităţii umane cu mediul înconjurător. În contextul actual al manifestării pe scări spaţiale şi temporale din ce în ce mai extinse a dezechilibrelor şi a efectelor economice şi sociale ale acestora, Ecologia se individualizează ca o ştiinţă integratoare, al cărei obiect de studiu devin mediul înconjurător, biosfera în ansamblul său şi relaţia dintre om, societate şi biosferă, ca sistem planetar, aflat pe ultimul nivel ierarhic al organizării geosistemului Terra. Cercetarea ecologică se constituie într-un demers ştiinţific capabil să integreze informaţii de origini diverse într-o concepţie dinamică şi sistemică a naturii. Aceste informaţii ne sunt furnizate de discipline conturate în raport cu fenomenul, procesul sau „fragmentul” de realitate pe care îl abordează în studiul lor Integrarea (hidrologie, pedologie, geografie, geologie, biologie, morfologie informaţiilor etc.), fiind astfel informaţii sectoriale. Asamblarea tuturor acestor informaţii nu este însă suficientă. Ecologia va adăuga şi rezultatele de origini diverse într-o investigaţiilor referitoare la interacţiunile dintre sectoare. Rezultă concepţie astfel o abordare ştiinţifică fără echivalent în ansamblul unitară disciplinelor academice recunoscute în prezent. Demersul holist, asigurat de metoda de studiu, conferă ecologiei o viziune integratoare asupra desfăşurării fenomenelor naturale, făcând posibilă formularea unor legi generale, cât şi explicarea unor relaţii subtile din natură care sunt influenţate şi influenţează, la rândul lor, activităţile economice şi sociale.

13

Ştiinţa Ecologie

1.3 Scurt istoric

Sistem ecosistem

Ernst Haeckel 1866

Cunoştinţe ştiinţifice legate de sfera interacţiunilor din natură sunt sintetizate în lucrările unor cercetători începând cu secolul al XVIII-lea, chiar dacă empiric s-au făcut corelaţii din cele mai vechi timpuri. Astfel, se consideră ca precursori ai gândirii ecologice Aristotel şi Teofrast, ei fiind primii care, în scrierile lor, au sesizat relaţiile dintre viaţă şi mediu. În anul 1792, Lavoisier prezintă ideea de bază a circulaţiei materiei în natură, iar în anul 1861, Pasteur descrie mersul descompunerii materiei organice moarte, aspecte esenţiale pentru înţelegerea proceselor ecologice. Ideea ecologică derivă şi din gândirea lui Darwin (1859) despre dependenţa reciprocă a organismelor vii dintr-o specie dată de numărul de indivizi din specia respectivă, precum şi de interacţiunea cu celelalte specii din zona respectivă. De asemenea, von Linné constată existenţa unei economii a naturii, pe care o defineşte ca fiind „foarte înţeleapta dispunere a vieţuitoarelor, instituită de către suveranul creator, după care acestea tind către scopuri comune şi funcţii reciproce.” Acestea reprezintă premise ştiinţifice importante care au completat acumulările din botanică şi zoologie astfel că în 1866 a fost posibilă o definire a obiectului de studiu al ecologiei. Ernst Haeckel, considerat fondator al acestei ştiinţe, descrie ecologia ca ştiinţă care ne dă o imagine unitară a naturii vii cu diversele aspecte ale luptei pentru existenţă, pe baza unei tratări integratoare şi interdisciplinare, fiind, în ultimă instanţă, ştiinţa „economiei naturii”, sau altfel spus, despre producere, transmitere, transformare, distribuţie, depozitare şi degradare de materie organică în ecosisteme. Cadrul nr. 1-4 Grigore Antipa

Grigore Antipa (1867-1944), biolog român care şi-a adus importante contribuţii la dezvoltarea cercetărilor de ecologie, fiind considerat întemeietorul ecologiei apelor dulci în România şi un reprezentant de seamă al limnologiei mondiale (Pârvu, 2001). Studiile sale s-au concentrat asupra productivităţii biologice a zonei inundabile a Dunării, care au dus la punerea în evidenţă a procesului de autoreglare prin conexiune inversă negativă, determinată de nivelurile apelor din bălţi în raport cu nivelul apelor fluviului Dunărea. Ideile funcţionării biocenozelor sunt dezvoltate în lucrarea Organizarea generală a vieţii colective a organismelor şi a mecanismului producţiei în biosferă (1935), unde se precizează faptul că „Nici un organism animal sau vegetal nu poate duce o viaţă izolată şi trebuie să facă parte, împreună cu alte organisme cu care convieţuieşte, dintr-o asociaţie biologică a mai multor specii – biocenoza, în care fiecare specie este reprezentată printr-un anumit număr de indivizi…Formarea biocenozelor nu este deci un fenomen sporadic şi facultativ, ci o lege generală pentru toate fiinţele.”

14

Ecologie generală

Înfiinţează Institutul de Biooceanografie de la Constanţa, Staţiunea de Hidrobiologie din Tulcea (1924) şi este fondatorul Muzeului de Istorie Naturală din Bucureşti, iar prin activitatea sa ştiinţifică a pus bazele şcolilor româneşti de hidrologie, oceanologie, ihtiologie. De-a lungul timpului, zestrea ştiinţifică a ecologiei s-a îmbogăţit treptat prin aportul eforturilor de cercetare realizate de oamenii de ştiinţă. În această evoluţie sunt delimitate, convenţional, patru etape:10 È Etapa de conturare, în care este recunoscută existenţa relaţiilor de influenţă reciprocă dintre organisme, respectiv faptul că acestea formează comunităţi cu un comportament specific (1866-1911); È Etapa ecologiei trofice se remarcă prin faptul că relaţiile de hrană sunt considerate determinante pentru structurarea sistemelor ecologice. Pe lângă acestea, se extind studiile referitoare la influenţa factorilor ecologici şi la sistemele formate din integrarea componentelor vii şi nevii (cicluri biogeochimice, definirea ecosistemului etc.) (1911-1940); È Etapa trofoenergetică se delimitează ca urmare a nevoii de a proiecta diverse procese şi fenomene într-un plan care să permită realizarea unor studii comparative. Acest plan a fost reprezentat de încărcătura energetică, exprimată în unităţi de măsură specifice (calorii, jouli, ergi) (1940-1964); È Etapa integrării şi modelării pe calculator, în care sunt concepute modele pentru studiul diferitelor tipuri de ecosisteme, cât şi pentru anticiparea modului de evoluţie sub influenţa unor factori externi (modificări climatice, radioactivitate, poluare etc., (1964-prezent). Cercetarea ecologică românească şi-a adus contribuţii importante, fiind remarcabile în acest sens rezultatele obţinute de personalităţi ştiinţifice deosebite, cum sunt: Grigore Antipa, Emil Racoviţă, Alexandru Borza, Nicolae Botnariuc, Bogdan Stugren. „... expunerea diferitelor animale naturalizate în mediul lor de viaţă, sub forma dioramelor, cât şi întreaga concepţie de organizare a muzeului din capitală”11 sunt primele dovezi care atestă preocupările ecologice susţinute ale unui discipol silitor al lui Ernst Haeckel la prima catedră de ecologie – Grigore Antipa (cadrul nr. 1-4). 1.4 Metoda de studiu Sistemele ecologice sunt eterogene în spaţiu, variabile în timp şi ierarhizate, de la microcité la lot, de la ecosistem la biosferă. Procesele declanşate de interacţiunea dintre aceste sisteme sunt mai mult sau mai puţin interdependente şi se pot derula pe scări

Tufescu, V., Tufescu, M., Ecologia şi activitatea umană, Bucureşti, Editura Albatros, 1981, p. 47-53 11 Idem, p. 53 10

15

Ştiinţa Ecologie

de timp şi spaţiu foarte diferite. Astfel, complexitatea fenomenului ecologic presupune utilizarea unor metode, procedee şi instrumente de cercetare tot atât de complexe şi variate. La un Studiu fenomen în care se îmbină aspectele biologice cu cele fizice, interdiscichimice, respectiv sociale şi economice nu se pot aplica decât plinar metode de studiu interdisciplinare. Pentru orice ştiinţă, metoda de studiu desprinde din realitate legi, regularităţi, concepte, principii pentru a le introduce în teoria ştiinţei respective. În acest scop, metoda de studiu foloseşte procedee, instrumente şi modalităţi comune pentru activitatea ştiinţifică în general, dar şi procedee specifice domeniului cercetat. Având în vedere faptul că investigarea propriu-zisă a fenomenelor nu mai prezintă restricţii semnificative, reale sub raportul mijloacelor disponibile, cercetarea unui domeniu, rezultatele obţinute sunt influenţate hotărâtor de poziţia teoretică iniţială, de modul în care se abordează problematica cercetată. Modul de abordare şi metoda adoptată constituie astfel elemente teoretice esenţiale în securizarea obiectivităţii ştiinţifice a Obiectivitate rezultatelor. În cercetarea ecologică, cu deosebire în studiile de ştiinţifică ecologie aplicată, această caracteristică devine o cerinţă prioritară, dat fiind nevoia de a certifica relaţiile cauzale fără de care nu este posibilă justificarea demarării şi derulării proiectelor de investiţii în domeniul protecţiei mediului. Abordarea istorică Priveşte fiecare fenomen, proces ecologic ca rezultat şi, în acelaşi timp, ca pe un moment al unui îndelungat proces de evoluţie. Metoda apare odată cu percepţia darwinistă, iar utilizarea ei se face, de regulă, în completare cu metodele analitice. Abstractizarea ştiinţifică Realitatea ecologică formează obiectul de studiu şi este cunoscută prin intermediul modelelor. Ele reprezintă o formă abstractă a realităţii, păstrând doar elementele materiale şi legăturile esenţiale din lumea reală. Astfel, Ecologia utilizează toată gama de modele, de la cele imitative (iconice), sub formă de imagini, filme, desene artistice, la Modele: cele de tip index (scheme), care redau legăturile esenţiale dintre Imitative componentele unui sistem sau evoluţia cantitativă a unui fenomen Tip index (grafice, diagrame etc.). Nivelul maxim de abstractizare se Tip simbol realizează prin modelele de tip simbol, reprezentate de concepte, legi, definiţii, teorii. În cuprinsul lucrării vom folosi toată gama de

16

Ecologie generală

modele, ele ajutând mult la înţelegerea fenomenului cercetat şi la

Concepte, conturarea măsurilor practice de intervenţie pentru corectarea legi, proceselor dereglate anterior prin activitatea omului sau prin definiţii, apariţia unor fenomene distructive naturale. teorii Abordarea sistemică În evoluţia sa, ecologia a trebuit să se alăture unor cuceriri esenţiale în lumea ştiinţei. Printre acestea se numără şi teoria generală a sistemelor formulată de Ludwig von Bertalanffy (cadrul nr. 1-5). Majoritatea conceptelor folosite de ecologie nu pot fi înţelese în afara conceptului de sistem. Cadrul nr. 1-5 Ludwig von Bertalanffy

Ludwig von Bertalanffy. Biolog austriac, născut la Atzgersdorf, lângă Viena. Şi-a definitivat studiile la Universităţile din Insbruck şi Viena. În perioada 1934-1938 a fost docent şi apoi profesor de biologie la Universitatea Viena, la facultăţile de filosofie şi de biologie. Începând cu anul 1948, activitatea profesională se va desfăşura la catedrele universităţilor din Lumea Nouă, astfel: 1949-1954 – Universitatea Ottawa; 1955-1958 – Universitatea California de Sud; 19581960 – Fondul Menninger, iar din 1961 a activat ca profesor de biologie teoretică la Universitatea Albert din Edmonton (Canada). A elaborat numeroase lucrări cu caracter filosofic. Meritul ştiinţific deosebit constă în elaborarea concepţiei despre organism ca sistem deschis şi în formularea programului de edificare a „Teoriei generale a sistemelor”. A publicat mai mult de 270 de lucrări, din care 12 au fost cărţi editate în limbile engleză, germană, franceză, spaniolă, olandeză şi japoneză. Între acestea se numără: Robots, Men and Minds, New York (1967); Organismic Psychology and Systen Theory, Worcester (1968); General System Theory. Foundations. Development. Applications, New York (1968). Cu toate acestea, conţinutul şi interpretarea sistemelor este diferit faţă de cel abordat în alte ştiinţe care se ocupă cu studiul lumii vii. Astfel, „în sistematica vegetală şi animală, sistem înseamnă ordonarea speciilor şi categoriilor taxonomice superioare, conform unor criterii naturale sau artificiale. În sistematica filogenetică, sistemul reflectă ordinea evoluţiei grupurilor de plante şi animale, conexiunile în timp, liniile de descendenţă în cadrul regnurilor vegetal şi animal. În ştiinţele sintetice, care reflectă organizarea materiei, inclusiv a materiei vii, noţiunea de sistem are semnificaţia de ordine în spaţiu şi în funcţionare.”12

Sistemul este un ansamblu de elemente identice sau diferite între care se manifestă o influenţă reciprocă în mod permanent, astfel încât formează un întreg caracterizat de

structură, funcţii şi dinamică proprii.

12

Mohan, G., Ardelean, A., Ecologie şi protecţia mediului, Bucureşti, Editura Scaiul, 1993, p. 7

17

Ştiinţa Ecologie

-

După Durand (1979), patru repere sunt esenţiale în definirea sistemului, respectiv: È Interacţiunea dintre elemente (influenţa reciprocă şi permanentă); È Totalitatea. Interacţiunea dintre elementele sistemului Interacţiune determină o sinergie care va asigura caracterul de întreg, Integralitate integralitatea, astfel că sistemul va avea proprietăţi noi, Organizare proprietăţi care nu sunt caracteristice pentru nici una din Complexitate componente şi care nu se pot manifesta decât în prezenţa tuturor elementelor; È Organizarea rezultă din structură (relaţii spaţiale), dar şi ca urmare a funcţionării (relaţii temporale) pe baza unei încărcături informaţionale; È Complexitatea, dependentă de numărul de subsisteme şi numărul de relaţii dintre acestea. Pentru a avea un sistem, elementele componente (indivizi, populaţii, ecosisteme) trebuie să fie în legătură reciprocă, în mod permanent. Aceste legături dau calitatea de sistem, ele asigurând funcţionarea sistemului.

Măsurarea Metoda este utilizată pentru evidenţierea dimensiunilor cantitative ale fenomenului ecologic. Folosind diferite unităţi de măsură specifice unor mărimi cum sunt: energia, temperatura, biomasa, precum şi fenomenelor de transformare ca fotosinteza şi respiraţia, Ecologia reuşeşte să pună în valoare amploarea energiei conservate în materia vie din biosferă, precum şi mărimea cantităţilor de substanţă, energie şi informaţie pe care omul le poate atrage în circuitul economic şi social. Astfel, se vor utiliza etaloane ca joule, calorie, erg, lux, grad, mol, grame etc.

Verificarea cunoştinţelor Exemplificaţi relaţiile de interdependenţă dintre organismele vii, precum şi dintre acestea şi mediul lor de viaţă abiotic. Care sunt domeniile cercetării în ecologie şi cum se relaţionează acestea unele faţă de altele? Identificaţi elementele comune şi cele de diferenţiere în studiul ecologic, respectiv geografic al mediului înconjurător.

18

Ecologie generală

Aduceţi argumente care să susţină atributele de „acoperiş al ştiinţelor” şi „punte între ştiinţe” pe care ecologia le-a dobândit de-a lungul timpului. Menţionaţi care sunt posibilităţile metodologice de abordare a fenomenului ecologic.

19

2. GÂNDIREA SISTEMICĂ

2.1 Termodinamica sistemelor vii 2.2 Evoluţia modelelor de interpretare în cercetarea ecologică

- teoria sistemelor deschise - echilibru - entropie - energie liberă

- procese ireversibile - T.G.S. - structuri disipative - salturi calitative

Obiective ) Înţelegerea conceptului de sistem şi a modului în care realitatea ecologică poate fi abordată prin metoda cercetării sistemice ) Identificarea tipurilor de sisteme în care se organizează structurile vii în vederea evidenţierii proceselor şi fenomenelor ecologice ) Delimitarea sistemelor vii prin însuşiri specifice, generate de caracterul deschis şi departe de echilibru ) Evidenţierea caracterului antientropic al sistemelor vii, în contextul disipării de energie care generează ireversibilitate şi schimbări calitative ) Însuşirea abordării sistemice ca metodă teoretică polifuncţională de investigare a fenomenului ecologic

20

Ecologie generală

2.1 Termodinamica sistemelor deschise

Motivaţii

Lumea vie a fost domeniul în raport cu care s-a resimţit nevoia unei noi abordări, a „unei noi metode de gândire”. Faptul că organismul viu nu este un conglomerat de elemente individuale, independente, fiind un sistem de un anumit tip, care posedă organizare şi integralitate şi care realizează permanent schimburi cu mediul sunt elemente fundamentale care l-au motivat pe Ludwig von Bertalanffy să formuleze şi să dezvolte iniţial teoria sistemelor deschise şi, apoi, teoria generală a sistemelor.

Definirea sistemului Analiza utilizării acestui demers ca metodă de studiu cu aplicabilitate generală a determinat numeroase diferenţieri în poziţiile celor care s-au aplecat asupra dezvoltării şi aplicării metodei în diverse domenii. Însăşi noţiunea de sistem a fost subiectul a numeroase controverse în ceea ce priveşte definiţiile atribuite. De exemplu, definiţia iniţială din teoria generală a sistemelor, conform căreia sistemul este un complex de elemente aflate în interacţiune nu poate explica caracterul sistemic al unităţilor utilizate în biologie – specie, gen, familie sau al sistemului elementelor chimice (Mendeleev), fiind deci prea îngustă. Ulterior, Hall şi Fagen (1956) enunţă o definiţie menită să remedieze această restricţie. Conform autorilor „sistemul reprezintă mulţimea obiectelor împreună cu relaţiile dintre obiecte şi dintre atributele lor”. De data aceasta, definiţia este considerată „prea largă”, întrucât nu oferă criterii pentru a diferenţia „relaţiile de legătură”, importante pentru formarea şi dezvoltarea sistemului şi aşa-zisele relaţii „triviale” care nu influenţează existenţa sistemului.

Sisteme dinamice

Sisteme complexe

Din punct de vedere al cercetării ecologice însă, gândirea sistemică, cu restricţia impusă de existenţa influenţei reciproce şi permanente dintre elemente, serveşte demersului ştiinţific din acest domeniu, chiar dacă nu poate explica caracterul sistemic al altor unităţi utilizate în cercetarea „actorilor” implicaţi, entităţile biologice. Cu alte cuvinte, elementele, obiectele cu care operează ecologia şi pe care le priveşte ca fiind sisteme sunt diferite de cele folosite de biologie, fără a fi însă total independente de acestea. Fenomenele vieţii trebuie tratate dinamic, organismele fiind entităţi intrinsec active. Prin urmare, pentru a fi posibilă aplicarea acestei noi perspective asupra vieţii şi nu numai, aparatul statistic al termodinamicii s-a dovedit a fi cel mai potrivit, având în vedere, pe de o parte, faptul că recunoştea sistemele complexe, cu foarte

21

Gândirea sistemică

multe elemente, iar pe de altă parte fundamentarea statistică a fenomenelor şi proceselor. Cu toate acestea, principiile termodinamicii, obiectul de studiu al acesteia erau sistemele închise, care nu puteau să reprezintă corespunzător sistemele vii. În acest context, Bertalanffy identifică o nouă categorie – sistemele deschise. Caracteristicile noilor categorii de sisteme sunt următoarele: È Sistemele închise realizează cu mediul extern numai schimburi de energie, astfel că, lăsate de seama lor, tind spre o stare de echilibru caracterizată printr-o cantitate minimă de energie liberă şi prin maximum de entropie şi sunt sediul unor procese reversibile; È Sistemele deschise realizează cu mediul extern atât schimburi de energie, cât şi de substanţă, fapt pentru care rămân la parametri relativ constanţi, deşi substanţa şi energia pătrund şi ies permanent şi sunt caracterizate de procese ireversibile. Prin analogie cu criteriile acestei clasificări, studiile empirice iau în considerare şi noţiunea de sistem izolat, deşi nu există un corespondent în natură pentru un sistem care să nu fie în permanent schimb de energie cu mediul său. Sistemele vii sunt considerate astfel sisteme deschise, care se Sistemele află într-o stare de echilibru dinamic, fluent, respectiv o stare vii = independentă de timp, în care toate mărimile macroscopice rămân Sisteme neschimbate şi se realizează continuu procese de eliminare de deschise substanţe şi de energie. Deosebirea esenţială faţă de echilibrul sistemelor închise este continuitatea proceselor de transformare din sistemele deschise, fapt care influenţează şi economia lor energetică. Astfel, sistemele închise (lipsite de viaţă) nu au nevoie de energie pentru a-şi menţine starea de echilibru, respectiv pentru a se îndrepta către Echilibrul starea de echilibru, iar sistemul nu este capabil de travaliu, de în sistemele lucru, în timp ce sistemele deschise (organisme, ecosisteme) pot deschise efectua un travaliu, „dar pentru oscilaţia de la starea de echilibru au nevoie de un permanent torent de energie şi substanţă.”1 În termodinamica proceselor ireversibile, Prigogine (1955) nuanţează noţiunea de echilibru, identificând trei categorii, şi anume: È Echilibru, caracteristică a sistemelor lipsite de viaţă, ca stare ideală, respectiv sistemelor izolate;

1

Uemov, A.I., Sistemele şi cercetările sistemice, în volumul Metoda cercetării sistemice, Bucureşti, Editura Ştiinţifică, 1974, p. 73

22

Ecologie generală

È Aproape de echilibru, reprezentând o stare în care sistemele încă nu au atins starea de echilibru, dar tind spre realizarea acesteia, conform principiului al doilea al termodinamicii (sisteme închise) şi È Departe de echilibru, stare caracteristică sistemelor deschise, respectiv sistemelor vii care, prin fluxul permanent de substanţă şi energie care le traversează, evită alunecarea spre starea de echilibru. Prin urmare, sistemele în care este organizată viaţa sunt sisteme deschise, aflate departe de echilibru, dar caracterizate Sistemele printr-o stare independentă de timp (echilibru dinamic) susţinută vii = de raportul unitar dintre intrări şi ieşiri. Sisteme Caracteristicile sistemelor deschise la particularizează net în departe de raport cu cele închise, dar nu schimbă consecinţele principiilor echilibru termodinamice, respectiv legea conservării (principiul I) şi legea entropiei (principiul al II-lea). Legea conservării materiei stabileşte faptul că toate procesele care au loc într-un sistem sunt procese de transformare, nimic nefiind creat sau pierdut; legea entropiei reflectă faptul că rezultatele Principiile utile pentru sistem, ieşite din transformările specifice sistemelor termodinasunt întotdeauna mai mici decât intrările atrase, iar sistemele tind micii spre starea de echilibru, caracterizată de minimum de energie liberă şi maximum de entropie (energie legată). Formularea noţiunii de entropie, precum şi enunţarea legii entropiei reprezintă „cea mai mare transformare suferită de fizică din punct de vedere epistemologic, întrucât ştiinţa recunoaşte astfel existenţa schimbării calitative (s.n.).”2 Entropia, ca noţiune fizică, este în sine foarte complicată (cadrul nr. 2-1), dar consecinţele legii entropiei sunt mult mai uşor de înţeles şi ele se constituie chiar în repere senzoriale distincte: foame, plăcerea mâncării, oboseala etc. Cadrul nr. 2-1 Entropia

Entropia reprezintă o măsură a energiei nedisponibile dintr-un sistem termodinamic închis, legată de starea sistemului în aşa fel încât o modificare a măsurii variază cu modificarea raportului dintre creşterea căldurii absorbite şi temperatura absolută la care este absorbită. (Webster’s Seventh New Collegiate Dictionary)

- Ireversibi-

litate

- Unicitate - Comuni-

care

2

Sistemele deschise, sistemele vii au un comportament aparte în raport cu legea considerată de Georgescu-Roegen „tot atât de independentă, ca (...) legea atracţiei universale şi tot atât de inexorabilă”, în sensul că pot evita degradarea entropică a propriei structuri, dar

Georgescu-Roegen, N., Legea entropiei şi procesul economic, Bucureşti, Editura Expert, 1996, p. 27

23

Gândirea sistemică

numai în condiţiile menţinerii intrărilor energetice (lumină, hrană, substanţe minerale). Pentru înţelegerea acestui comportament atipic, vom apela la noţiunea de structură disipativă, prin care Prigogine (1955) explicitează economia energetică în lumea vie. Astfel, pentru a-şi menţine structura într-o stare departe de echilibru, sistemele vii cheltuiesc energie, cu alte cuvinte disipează energie. Cu cât complexitatea unei structuri disipative este mai mare, cu atât ea are nevoie de o cantitate mai mare de energie pentru menţinere, fiind un sistem mai instabil. Materia vie, care formează conţinutul sistemelor departe de echilibru, are o serie de însuşiri care o individualizează în natură, rezultate din comportamentul entropic caracteristic. Astfel, ea respectă săgeata timpului, comunicarea îi este specifică, repetabilul este înlocuit cu unicatul.3 Cadrul nr. 2-2 Însuşirile sistemelor vii

Caracterul istoric. Structura şi organizarea sistemului nu pot explica relaţionarea acestuia la condiţiile dintr-un moment dat. Ele sunt rezultatul unor acumulări şi transformări, astfel încât înţelegerea lor deplină se poate realiza numai în măsura în care sunt cunoscute evenimente din trecutul sistemului. De exemplu, structura pe specii într-o biocenoză nu reflectă numai condiţionarea actuală a biotopului; ea este şi o expresie a situaţiilor în care componentele abiotice erau diferite, cu atât mai mult cu cât ele se transformă permanent în prezenţa vieţii. Caracterul informaţional. Rezultă din rolul pe care comunicarea îl are în menţinerea constantă a parametrilor care descriu sistemele vii (transmitere orizontală), dar şi în însăşi continuitatea vieţii, dat fiind durata finită a existenţei fiecărui organism (transmitere verticală). În primul caz, între diferite populaţii, indivizi, între acestea şi mediul abiotic circulă mesaje codificate foarte diferit, care permit realizarea conexiunilor directe dar şi a celor inverse, necesare pentru autoreglare. Transmiterea verticală a informaţiei înregistrate în materialul genetic (ADN, ARN) devine importantă dintr-o perspectivă mai largă, acest lucru rezultând atât din securizarea perenităţii, cât mai ales din posibilitatea „vieţii” de a valorifica cele mai variate forme în substanţă, respectiv energie. Acestea sunt accesibile în diferite localizări, prin transformare. De exemplu, creşterea concentraţiei interne de săruri în plantele halofile pentru ca acestea să evite deshidratarea şi să poată extrage apa din soluţii având concentraţii ridicate de săruri solubile. Echilibrul dinamic. Este o stare independentă de variabila timp, în menţinerea căreia este obligatorie desfăşurarea concomitentă şi cu intensităţi constante a intrărilor şi ieşirilor de materie, respectiv a proceselor de producţie şi consum. De exemplu, raportul dintre fotosinteză şi respiraţie, procese opuse din punct de vedere al finalităţii energetice, întrucât în primul caz are loc o concentrare a energiei (acumulare de entropie negativă), în timp ce în al doilea caz, finalitatea este creşterea entropiei, respectiv formarea de energie legată. Homeostazia, rezilienţa sau stabilitatea. Este însuşirea sistemelor vii, care este dată de capacitatea acestora de a-şi menţine parametri la un nivel oscilant în jurul unei stări staţionare (de echilibru) în condiţiile unui mediu schimbător, care tinde să le dezorganizeze. 3

Bran, Florina, Ecologie generală şi protecţia mediului, Bucureşti, Editura ASE, 2002, p. 56

24

Ecologie generală

Punerea în evidenţă a tuturor acestor caracteristici de către metoda de studiu va uşura cunoaşterea, dar va complica instrumentarul de investigaţie şi va amplifica responsabilitatea omului faţă de procesele care au loc în biosferă, în general, şi în fiecare ecosistem, în particular. 2.2 Evoluţia modelelor de interpretare în cercetarea ecologică

Raportul Meadows – „Limitele creşterii”

Limitarea proceselor care duc la degradarea sistemelor ecologice 4

În istoria ei de miliarde de ani, de la „pre-viaţă” la om, filogeneza a conservat achiziţii foarte vechi: cadrul genetic, proteinele – ca valută energetică universală, sexualitatea, coloana vertebrală etc.4 Gândirea ecologică, având în vedere realitatea din natură, admite schimbări lente, cât şi în salturi. Astfel, catastrofismul lui Cuvier a precedat teoria schimbărilor lente, prin variaţii graduale, a lui Darwin, care, la rândul său, a premers mutaţionismul. Hegel, pe de altă parte, a formulat principiul acumulărilor cantitative care duc la schimbări calitative. În 1972, Raportul Meadows („Limitele creşterii”) pentru Clubul de la Roma era un „semnal de alarmă”, vestind apropierea de o „catastrofă” planetară, estimată a surveni la începutul secolului al XXI-lea, „prin acţiunea combinată a exploziei demografice, a poluării şi a epuizării principalelor resurse necesare omenirii, ca ansamblu de oameni care se cer hrăniţi şi ca ansamblu de tehnică diversificată”, consumatoare de resurse materiale şi energetice. Pericolul acţiunii deliberate în procesul decizional al omului, direcţionat de sistemele sale de valori specifice, rezultă din manifestarea, la scară din ce în ce mai mare a catastrofelor ecologice. Georgescu-Roegen (1979) a atras atenţia asupra efectelor gândirii cantitative, curentă şi clasică, în cercetarea fenomenelor naturale şi socio-umane. Coordonatele cercetării sunt impuse astăzi de necesităţile combaterii degradării Terrei, printr-o utilizare neraţională a resurselor, şi ale optimizării mediului. Metodologia clasică, preocupările cunoaşterii tipurilor de fenomene printr-o corelaţie interdisciplinară (fizică, biologie, geografie) au condus la ieşirea dintr-un astfel de impas prin dezvoltarea teoriei complexelor naturale teritoriale. Această teorie a devenit însă neputincioasă în explicarea dinamicii şi a elaborării prognozelor cu metoda sa simplistă, redusă la cartografierea fenomenelor.„Cunoaşterea obiectelor,

Ionescu, A., Săhleanu, V., Bândiu, C., Protecţia mediului înconjurător şi educaţia ecologică, Bucureşti, Editura Ceres, 1989, p. 135

25

Gândirea sistemică

fenomenelor, a întregii realităţi înconjurătoare, se vede nevoită să depăşească ideea că singură analiza cantitativă a unui obiect în sine este în măsură să-i evidenţieze toate caracteristicile individualităţii sale ... Esenţa fiecărui obiect nu este altceva decât produsul calitativ, rezultat din distilarea esenţelor celor două nivele structurale, macro şi micro, care îi întregeşte universul inedit.”5 Astfel, de exemplu, lacul, sub dimensiunile sale volumetrice, ascunde atât manifestări ale zonei sau regiunii geografice în care se află (cantităţi de apă, temperatură, oscilaţii de nivel), cât şi cele ale proceselor fizicochimice şi microbiologice, definitorii la evaluarea calităţii apelor sale.

ª Conceptul teoretico-metodologic-sistemic-polifuncţional Bertalanffy (1949) propune teoria generală a sistemelor. Omul, din punct de vedere sistemic, interacţionează cu plantele şi animalele din locuinţa, cartierul, localitatea sa, inclusiv cu paraziţii patogeni. Organismul viu este un sistem ca şi ecosistemul. Unii autori dau o accepţie ontologică conceptului de sistem (fig. 2-1). Conform acesteia, întreaga realitate este alcătuită din sisteme, de la nucleul atomic, la metagalaxie. Elemente

Ambient „Perimterul” sistemului

Relaţii cu ambientul

Relaţii interne

Subsistem

Fig. 2-1 Sisteme: concepte de bază (după Botez, Cela, 1980)

Aplicând această concepţie în ecologie, lanţul de sisteme în care intră materia vie împreună cu materia nevie cuprinde, în ordinea complexităţii lor, habitatul şi biotopul, populaţia şi biocenoza, ecosistemul şi biosfera (fig. 2-2).

5

Roşu, A., Peisaj-geosistem-mediu, Sinteze geografice, Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică, 1983, p. 142

26

Ecologie generală

BIOSFERA SOCIETATEA ECOSITEMUL

BIOTOPUL

HABITATUL

Sisteme supraindividuale

Complexitate, dinamism, evoluţie

BIOCENOZA

POPULAŢIA

Fig. 2-2 Realitatea ecologică din perspectivă sistemică (după Bran, 2002)

Populaţia, ca noţiune ecologică, este un sistem alcătuit din indivizii aceleaşi specii, localizaţi într-un spaţiu având caracteristici relativ uniforme (biotop), care permite interacţiunea acestora. Totalitatea populaţiilor cuprinse în acelaşi biotop (formând o pădure, o plantaţie, o pajişte etc.) – plante, animale şi microorganisme – formează conţinutul unui sistem mai cuprinzător – biocenoza. Un component important al sistemelor în care intră substanţa vie este reprezentat de partea nevie. Toate fiinţele vii au nevoie de substanţe nutritive, adăpost, căldură, oxigen. În sens ecologic, toate aceste elemente constituie conceptul de mediu. Prin urmare, studiul ecologic va avea în vedere atât comportamentul materiei vii, cât şi condiţionările multiple ale plantelor şi animalelor din partea mediului neviu, de pe Terra şi din Cosmos. În sens metodologic, sistemul reprezintă un model al unei realităţi. Practic, nu este posibil să reprezentăm un sistem „ontic” decât schematic, iar tipul de schematizare depinde de scopul „analizei de sistem”. Aceasta a însemnat nu numai o modificare a modului în care vedem lumea, fenomenele, obiectele de studiu (lacul, ecosistemul forestier, peisajul de munte etc.) ci, mai cu seamă, o schimbare a modului de a o cunoaşte, de a o cerceta. Prin urmare, se pune problema ca în abordarea sistemică să se reflecte, cât mai precis, complexitatea structurilor obiectelor şi prin aceasta să se surprindă dinamismul şi evoluţia, în limitele evoluţiei mediului în care se încadrează şi pe fondul materialului care-l alcătuieşte. În acest context, singura cale metodologică de a răspunde cerinţelor complexităţii este calea sistemico-cibernetică. Lumea care ne înconjoară reprezintă un sistem în care fiecare realitate integrează, la rândul ei, alte obiecte şi fenomene mai mari sau mai mici, comportându-se tot ca sisteme subordonate

27

Gândirea sistemică

Ecosistem – sinteză cantitativă unică a manifestărilor elementelor componente

primului şi imprimând comportamentelor sale aceeaşi structură complexă, care se regăseşte până în lumea sistemelor microcosmice. În spatele oricărui tip de peisaj, de ecosistem, aşa cum îl vedem, se ascund procese deosebit de ample, ele nefiind decât o sinteză cantitativă originală a manifestărilor macropeisajului şi micropeisajelor, respectiv populaţiilor şi habitatelor care-l compun. Abordarea sistemică este mai degrabă o metodologie care concepe obiectele în mişcare, în interdependenţa lor, spaţii în care au loc necunoscute „tranzacţii” şi fluxuri de energie, substanţă şi informaţie. „Recunoaşterea calităţii, ca expresie a naturii relaţiilor dintre componentele unui întreg sistemic, conduce la o altă trăsătură esenţială a metodologiei sistemice, care constă dintr-un proces dialectic indispensabil şi esenţial, integrarea şi integraţia. Integrarea oricărui ansamblu unitar ca fenomen universal, fie el de tipul peisajului, organismului unei plante etc., nu este decât expresia vocaţiei de integraţie a componentelor sau, într-un limbaj geosistemic, a condiţionării reciproce.”6 Reprezentarea interacţiunilor intersistemice se face, de obicei, printr-o figurare (puncte, cercuri etc.) a factorilor Integraţia – manifestarea importanţi, cu săgeţi care unesc punctele reprezentative, notate cu condiţionări- (+) sau (-), după cum influenţele sunt pozitive (favorizante) sau lor reciproce negative (defavorizante, limitative, agresive). În felul acesta se evidenţiază structura, dar şi funcţionalitatea subsistemelor. Împreună acestea alcătuiesc legea de sistem caracteristică. Noţiunea de lege de sistem oferă o cale de rezolvare pentru problema „reducţionismului”. În existenţa ecosistemelor naturale, esenţială este interacţiunea trofică, care joacă rolul principal de reglare. În ecosistemele antropizate, comportamentul uman, anumite obiceiuri devin mai importante.7 De exemplu, într-un ecosistem agricol, măsurile agrotehnice şi punerea lor în practică se Eterogeni- subsumează factorilor de normare cultural-socială. tate, Caracteristicile oferite de observaţie şi experiment sunt comparticoncretizările reprezentărilor sistemice, care conduc la clasarea sau mentare, stratificare „tipologia” abstractă (generală) a sistemelor. S-au putut identifica sisteme izolate, închise, deschise, energetice, ierarhică, informaţionale, cibernetice etc. În studiul ecologic, sistemul se evoluţie, emergenţă caracterizează prin eterogenitate, compartimentare, stratificare 6 7

Idem, p. 43 Ionescu, A., Săhleanu, V., Bândiu, C., op. cit., p. 85

28

Ecologie generală

ierarhică, evoluţie, dar şi emergenţă, respectiv apariţia de noi componente. De exemplu, formarea solului sau a stratului de ozon. S-a specificat faptul că ecosistemele reprezintă sisteme deschise, alcătuite din componente biotice şi abiotice, care fac cu un mediu extra-sistemic un schimb, de obicei continuu, de materie. Ele Energia sunt parcurse continuu de un circuit de substanţe şi de fluxuri de solară – sursă de energie. energie a Alimentarea energetică a biosferei (ecosferei) se face prin biosferei energia solară (reacţiile fotochimice în plantele cu clorofilă sunt sursa de substanţă, energie şi negentropie a tuturor organismelor). „Fiecare reacţie chimică şi fiecare interacţiune biotică aduc modificări”8 amplificate prin adăugarea unui flux de informaţie. În 1948, Wiener introduce informaţia ca un concept util în Informaţia: gândirea ştiinţifică, inspirat din teoria matematică a comunicării semnal (Shannon, 1947). Valoarea ecologică a informaţiei-semnal este uşor „manager” al proceselor de înţeles dacă avem în vedere materializarea unor proprietăţi esenţiale care depind de transmiterea informaţiei – autoreglarea, biologice homeostazia, rezilienţa, ereditatea etc. În ecosistemele controlate de om (antropizate), încercarea de Informaţia – autoreglare se interferează cu mecanisme de tip cibernetic care în element concret, pentru unul sau altul dintre ele, reprezintă corespondentul cheie al diferitelor lanţuri cauzale de acţiune şi retroacţiune (feed-back). proceselor Se constată că factorii biotici dintr-un ecosistem se află într-o cibernetice reţea complexă de influenţe reciproce, în care se pot izola de autoreglare numeroase bucle de feed-back pozitiv şi negativ (conexiune prin feedinversă), precum şi cele de tip feed-before. Acestea din urmă, de prevenire, back prin conexiuni directe, determină relaţiile dintre biocenoză şi habitat, condiţionând organizarea internă a ecosistemului. Cercetarea cibernetică a ecosistemelor abordează în strânsă legătură aspecte de homeostazie, de echilibru şi de stabilitate.9 Intervenţia omului, modificările efectuate în cadrul ecosistemelor conduc la echilibre sau dezechilibre. Ecosistemele echilibrate au capacitatea de a „tampona” acţiunile perturbatoare ale ambianţei lor. Nu este suficientă numai gândirea sistemico-cibernetică, este Gândirea nevoie şi de o gândire polifuncţională. Aceasta permite înţelegerea polifuncţiocomplexă a problemelor existente în natură şi, pe baza ei, se pot nală găsi soluţiile cele mai potrivite pentru momentul dat, dar şi în complexitate ecosistemică perspectiva viitorului. Problemele ecologice nu sunt date numai de 8 9

Ionescu, A., Săhleanu, V., Bândiu, C., op. cit., p. 139 Botnariuc, N., Vădineanu, A., Ecologie, Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică, 1982, p. 138

29

Gândirea sistemică

echilibrele şi dezechilibrele unor ecosisteme în sensul strict biologic al cuvântului. Unele dintre ele interesează economistul, dat fiind faptul că motivaţia economică este, în continuare, cea mai puternică pentru a se întreprinde sau, dimpotrivă, pentru a nu se întrerupe diferite tipuri de activităţi care pot fi „acuzate” de producerea poluării sau risipa de resurse. În esenţă, abordarea cibernetică-polifuncţională permite desluşirea sensului proceselor ecologice şi, în acelaşi timp, ne oferă posibilitatea descifrării mecanismului care asigură realizarea scopului şi, prin aceasta, calea spre prognoza comportamentului ecosistemului.

Verificarea cunoştinţelor Încadraţi ierarhic diferitele componente ale mediului dintr-un ecosistem (pădure, lac, livadă etc.). Aduceţi argumente pentru caracterul deschis şi departe de echilibru al sistemelor vii aflate pe diferite nivele de organizare (biosferă, ecosistem, biocenoză etc.). Evidenţiaţi semnificaţia legii entropiei pentru organizarea sistemelor vii. Spaţiul geografic şi funcţionalitatea biologică sunt două abordări ale aceleiaşi realităţi. Evidenţiaţi punctele de convergenţă şi de diferenţiere. Enumeraţi şi explicaţi pe scurt însuşirile sistemelor biologice.

30

3. FENOMENUL ECOLOGIC

3.1 Mediul – concept şi tipologie 3.2 Principiile proceselor ecologice 3.3 Factorii ecologici – legi de acţiune - mediu - parcimonie - factori ecologici - habitat - oikumene

- feed-back - limite de toleranţă - carenţă - optim ecologic - factori limitativi

Obiective ) Evidenţierea raporturilor dintre sistemele vii şi mediul lor de viaţă ) Însuşirea conceptului de mediu şi a diferenţierilor pe care le determină întrepătrunderea cantitativă a tipurilor de mediu ) Delimitarea influenţelor antropice asupra mediului şi a conceptelor care li s-au atribuit ) Evidenţierea influenţelor sistemului de factori ecologici în tipurile de mediu identificate de ştiinţa habitatului ) Însuşirea căilor de circulaţie a materiei prin procesele de transformare care asigură unitatea viaţă-mediu şi reglarea activităţilor vitale ) Înţelegerea mediului ca rezultat al acţiunii unui complex de factori ecologici ) Evidenţierea legităţilor care condiţionează influenţa factorilor ecologici asupra sistemelor biologice

31

Ecologie generală

3.1 Mediul – concept şi tipologie Terra este singura planetă din sistemul solar şi, probabil, din uriaşul număr de planete al galaxiei Calea Lactee în care factorii fizico-chimici întrunesc valori compatibile cu formele de viaţă pe care le cunoaştem noi astăzi.

Terra – un mediu de viaţă unic

Interacţiunile cosmice apărute pe o anumită treaptă de evoluţie a Terrei, în urmă cu milioane de ani, se menţin şi astăzi, permiţând perpetuarea vieţii. Un rol important la apariţia vieţii l-au avut formele de materie şi energie care înconjoară sistemele vii, forme care reprezintă mediul ambiant al sistemelor respective sau, pe scurt, mediul. Acest concept reprezintă o realitate de dimensiuni infinite, care se desfăşoară din imediata vecinătate a sistemului viu, considerat până în spaţii cosmice incomensurabile (fig. 3-1).

Mediul general este constituit din subansamblele de factori cu influenţă directă asupra structurii şi funcţionării sistemelor vii MEDIU GENERAL

Factori ecologici direcţi

Fig. 3-1 Mediul general

În mediul general, se diferenţiază subansamblele de factori care intervin direct şi semnificativ în structura şi funcţionarea sistemelor vii; ei reprezintă factori ecologici direcţi (fig. 3-2). Întregul subansamblu este definit prin noţiunea de mediu ecologic direct sau eficient.

Mediu ecologic direct

Fig. 3-2 Tipuri de factori ecologici

FACTORI ECOLOGICI

Factori direcţi

-

Factori indirecţi

În mediul direct, se diferenţiază - gravitaţia temperatura - latitudinea lumina mediul terestru şi - relieful concentraţia compuşilor chimici mediul acvatic, care se întrepătrund în numeroase situaţii (fig. 3-3). Diferenţele date de întrepătrunderea

32

Fenomenul ecologic

cantitativă a celor două medii le subdivid în mediu acvatic stagnant şi aerat sau mediu terestru arid şi umed. Adâncind analiza mediului în funcţie de cazurile concrete, se constată o eterogenitate şi mai mare a acestuia, impusă de variaţia unuia sau a altuia dintre factorii ecologici. Fig. 3-3 Structurarea mediului general

MEDIU

MEDIU TERESTRU

Arid

Umed

MEDIU ACVATIC

Aerat

Stagnant

Mediul, în sens larg, este reprezentat de un ansamblu de fenomene fizice obişnuite şi forţe majore ale cosmosului. Împărţirea factorilor de mediu în biotici şi abiotici nu este potrivită, având în vedere faptul că numai componentele mediului pot fi clasificate astfel. În plus, nici un factor al mediului nu poate fi exclusiv biogen sau abiogen. Fiecare factor biogen suferă influenţa factorilor abiogeni; la rândul lor, factorii abiogeni sunt uneori profund afectaţi de factorii biogeni, astfel încât delimitarea celor două categorii de factori rămâne pur relativă.1

Factori ecologici + organism = unitate funcţională

Astfel, temperatura şi lumina sunt factori direcţi, abiotici. Temperatura reprezintă o formă fizică de manifestare a căldurii, iar lumina o manifestare fizică a energiei radiante a Soarelui. La suprafaţa terestră, temperatura şi lumina sunt modificate prin acţiunea fiinţelor vii. Factorii ecologici se pot clasifica în factori climatici, orografici, edafici, biotici etc. După perioada în care acţionează asupra organismelor, factorii ecologici pot fi factori statici (cosmici), factori variabili (de exemplu, factorii climatici) (vezi subcapitolul 3.3). Factorii ecologici, împreună cu organismul individual constituie o unitate funcţională. Astfel, mediul în care trăieşte un

1

Stugren, B., Ecologie teoretică, Casa de editură „Sarmis”, Cluj-Napoca, 1994, p. 20

33

Ecologie generală

individ biologic sau, într-o accepţiune mai largă, condiţiile ecologice în care trăieşte o anumită specie, reprezintă habitatul.2 Acţiunea factorilor ecologici este permanent modificată prin reacţia organismelor, identificându-se pe Terra medii concrete, proprii unor organisme sau comunităţi de organisme.

Plantele şi omul – factori de transformare a mediului pe Terra

Actualul mediu de viaţă al Terrei se deosebeşte de cel existent înainte de apariţia vieţii. Dintre toate componentele biosferei, cele mai mari implicaţii în modificarea mediului global l-au avut plantele verzi şi omul. Procesul de fotosinteză realizat de plantele verzi a condus şi conduce la instituirea unui sistem de stocare a energiei solare care alimentează permanent şirul proceselor biogeochimice de pe planeta noastră. Prin intermediul fitosferei Pământul devine un sistem antientropic, capabil să înmagazineze energie, bilanţul său radiativ devenind negativ şi apoi echilibrat. Pentru menţinerea echilibrului său actual plantele verzi rămân tot atât de importante ca şi în perioadele anterioare.3 OMUL

MEDIUL

MEDIUL UMANIZAT

MEDIU ÎN ECHILIBRU

FACTORI SOCIO-CULTURALI

MEDIU ÎN DEZECHILIBRU

MEDIU LOCUIT OIKUMENĂ = SIT = LOC

Medii naturale

2 3

Medii artificiale

Fig. 3-4 Influenţa omului asupra mediului

Coste, I., Omul, biosfera şi resursele naturale, Bucureşti, Editura Facla, 1982, p. 13 Bran, Florina, Ecologie generală şi protecţia mediului, Bucureşti, Editura ASE, 2002, p. 36

34

Fenomenul ecologic

Omul acţionează asupra mediului, conştient sau inconştient, producând echilibre şi dezechilibre. În funcţie de intensitatea presiunii umane, se adaugă noi elemente create prin activitatea economică şi socială (îmbrăcăminte, locuinţe, unelte cu diverse destinaţii etc.), elemente care modifică mediul şi procesul de percepere a acestui ansamblu de către om (fig. 3-4). Mediul locuit de oameni poartă denumirea de oikumene (oikumen), nume care la vechii greci reprezenta lumea locuită; aceeaşi entitate se poate defini prin noţiunea de sit sau loc, cu un conţinut mai restrâns, atribuit peisajului modificat de om.

Oikumene este spaţiul constituit dintr-un mozaic de medii naturale şi artificiale, create de către oameni. Unii ecologi, pentru a sublinia contribuţia umană la crearea mediului terestru actual şi tendinţa de amplificare a acestei acţiuni în perspectivă, folosesc noţiunile de antroposferă, noosferă∗ sau tehnosferă. Aceşti termeni sugerează posibilitatea disocierii totale a mediului natural preexistent apariţiei omului de cel actual. Ştiinţa habitatului cercetează influenţele sistemului de factori ecologici asupra morfologiei şi fiziologiei mediului, recunoscând nouă tipuri de medii: 1. mediul cosmic – cuprinde forţele fizice care provin din spaţiul cosmic. Acestea sunt radiaţia solară, radiaţiile cosmice, pulberea cosmică, forţa gravitaţională a altor corpuri cereşti ş.a.; 2. mediul geofizic – cuprinde forţele fizice dependente de alcătuirea Pământului – forţa gravitaţională, mişcarea de rotaţie a planetei, câmpul magnetic planetar, tectonica planetei, compoziţia şi structura crustei terestre;

Tipuri de medii

3. mediul climatic – redă zonarea valorilor înregistrate de parametrii climatici – temperatură, insolaţie, precipitaţii, nebulozitate, viteza vântului etc. – pe suprafaţa planetei; 4. mediul orografic – cuprinde formele de relief ale suprafeţei crustei terestre şi ale substratului submarin; 5. mediul edafic – redă compoziţia şi structura solului (în limba greacă edafon = sol); 6. mediul geochimic – redă compoziţia chimică a substratului care reacţionează cu fiziologia organismului;

∗

termen creat de Teilhard de Chardin pentru a desemna învelişul spiritual al Pământului, reprezentat de omenire.

35

Ecologie generală

7. mediul biocenotic – cuprinde totalitatea fiinţelor vii, care edifică biocenozele; 8. mediul biochimic – reprezintă totalitatea produşilor metabolici eliminaţi de organisme; 9. mediul hidrologic – cuprinde factorul apă, sub diversele stări fizice ale acesteia. În mod concret, la nivelul biocenozei, mediul apare ca biotop sau ca totalitate a condiţiilor externe care fac posibilă existenţa biocenozei. 3.2 Principiile proceselor ecologice Procesele ecologice îmbracă o varietate de forme, condiţionate de caracteristicile spaţiilor, respectiv de structurile pe care acestea le-au permis să se formeze. Capacitatea de reacţie este asemănătoare, dar sunt relativ puţine elemente comune în toate situaţiile. Varietatea lumii vii poate fi însă înţeleasă printr-un reducţionism. Această simplificare este necesară pentru a evidenţia legităţile cu valabilitate generală, care explică stabilitatea deosebită atinsă de sistemele în care este organizată materia vie. Astfel, plecând de la ce se întâmplă în unitatea considerată fundamentală pentru însăşi existenţa vieţii – celula – pot fi explicate mecanisme care susţin şi sistemele macroscopice, inclusiv sistemele ecologice. „Una din cele mai importante concluzii care pot fi trase din studierea biochimiei este că practic acelaşi tip de reacţii chimice serveşte pentru a produce funcţiile vieţii în toate organismele, indiferent dacă este vorba de bacterii primitive sau de om.”4

Procesele din biosferă sunt Pentru „economia” metabolismului din celulă este nevoie de similare, energie, pentru exercitarea funcţiilor sale, substanţă, pentru a o indiferent de folosi în sinteza compuşilor chimici specifici şi de informaţie, nivelul la care pentru a „conduce” procesele metabolice interne şi pentru a se se desfăşoară 5 adapta la mediul înconjurător.

Materia vie este, desigur, acea parte a universului fizic care posedă cea mai complexă organizare şi în cadrul căreia se desfăşoară cele mai variate transformări de energie. Înţelegerea acestora constituie, în acelaşi timp, o fascinantă aventură a Hendrikson, J.B., Chimia organică, Bucureşti, Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, 1976, p. 1052-1053 5 Bran, P., Economica valorii, Bucureşti, Editura ASE, 2001, p. 43 4

36

Fenomenul ecologic

cunoaşterii şi o necesitate a utilizării optime de către om a posibilităţilor şi a resurselor biosferei. Analiza în termeni termodinamici a proceselor din materia vie este, în principiu, de natură să îi confere ecologiei acel cadru conceptual elegant prin simplitatea şi unitatea sa. Sistemele ecologice, privite în ansamblul lor, sunt structuri dinamice dependente de o continuă disipare a energiei în mediu, structuri pe care Prigogine (1955) le-a denumit disipative (vezi capitolul 2). Caracteristica principală a sistemelor disipative este consumul de entropie joasă din mediu pentru a putea să-şi menţină ordinea interioară şi pentru a scăpa de alunecarea spre poziţia aproape de echilibru sau echilibru, unde o aşteaptă moartea şi intrarea în circuitul neviu al materiei. Însuşirile specifice unor asemenea structuri sunt numeroase şi totodată neconvenţionale.

Structuri disipative

Departe de echilibru

„Departe de echilibru (s.n.) înseamnă că vom renunţa la repetitiv, la universal, pentru a accepta specificul şi unicul, vom recepţiona puternic condiţiile de mediu, vom «vibra» la punctele de bifurcaţie, vom respecta «săgeata timpului» în toate transformările, vom comunica respectând legile de bază din lumea biologiei. Toate acestea vor fi posibile în funcţie de calitatea proceselor economice în care se angajează sistemele departe de echilibru.”6 Toate sistemele vii, capabile de existenţă autonomă, sunt traversate de fluxuri permanente de energie liberă şi constituie structuri disipative cu grad înalt de ordonare spaţială şi cu o dinamică temporală specifică, structuri care există numai în condiţii îndepărtate de echilibru. Subliniem faptul că stările de echilibru ale materiei vii reprezintă un echilibru local şi momentan, stabil prin constrângeri spaţiale şi temporale variabile. Ansamblul acestor condiţii defineşte, la scară macroscopică, structura disipativă, iar la nivel microscopic, determină domeniul în care se realizează starea de cvasi-echilibru.7 Prin urmare, principiile proceselor ecologice sunt reprezentate de unitatea viaţă-mediu, principiul parcimoniei, principiile termodinamicii, reglarea activităţii vitale, adaptarea.

6 7

Idem, p. 25 Ibidem

37

Ecologie generală

Unitatea viaţă – mediu

Viaţa – efect emergent

Acest principiu exprimă obligativitatea schimburilor dintre sistemele vii şi mediul lor pentru menţinerea stării departe de echilibru. În acelaşi timp, ca urmare a influenţei reciproce, atât sistemele vii, cât şi mediul se transformă, iar particularităţile mediului se regăsesc în configuraţia sistemelor vii. Schimbul de substanţă între viaţă şi mediu este hotărâtor pentru sistemele materiei vii. Viaţa o datorăm efectului emergent al unor sisteme fizico-chimice cu un înalt grad de complexitate şi structurare, întrucât în materia vie se găsesc aceleaşi elemente ca şi în materia nevie. Totuşi, ce este viaţa? Natura şi definiţia vieţii au constituit subiectul unor dezbateri foarte complicate. Cea mai reuşită definiţie o invocă procesul de evoluţie.8

Soran şi Borcea (1985) trec în revistă păreri ale unor cercetători din cele mai diverse domenii: biologie, chimie, fizică, Ce este viaţa? filosofie etc. Din aceste definiţii şi păreri se desprinde faptul că, pentru viaţă esenţial este metabolismul (schimbul de substanţe intern şi cu exteriorul) şi conservarea reacţiilor acestui metabolism pe baza păstrării şi transmiterii informaţiei ereditare. Din desfăşurarea metabolismului decurge autoorganizarea şi - autorepro- autoreglarea, care au drept corolar creşterea.

ducere

- metabolism

O altă opinie, considerăm relevantă, este aceea conform căreia sistemele vii se caracterizează prin: 9 È autoreproducere – fără de care informaţia ar fi pierdută după fiecare generaţie; È mutaţia – fără de care informaţia ar fi „neschimbătoare” şi viaţa nu ar fi putut să se diversifice şi È metabolismul – fără de care sistemul ar regresa la echilibru, unde nici o schimbare nu ar fi posibilă. Respectarea acestui principiu presupune disponibilităţi pentru intrări, precum şi posibilitatea realizării „ieşirilor” de substanţă şi de energie. Informaţia din sistem va determina

8 9

Sagan, C., Creierul lui Broca, Bucureşti, Editura Politică, 1989, p. 267 Eigen, M., „La ce ne putem aştepta de la biologia secolului XX?” în volumul Ce este viaţa? Următorii 50 de ani. Speculaţii privind viitorul biologiei (editate de M.P. Murphy, L. A. J. O’Neill), Bucureşti, Editura Tehnică, 1999, p. 17

38

Fenomenul ecologic

intensitatea şi modul specific de desfăşurare a acestor procese şi va asigura, de asemenea, continuitatea lor. Particularităţile substanţei, energiei şi informaţiei sunt cele care impun, în continuare respectarea următoarelor principii. Principiul parcimoniei

Economia substanţei

Acest principiu trebuie respectat pentru a asigura disponibilitatea intrărilor de substanţă. La nivel planetar, cantitatea totală din fiecare element chimic este constantă. Sistemele vii preiau continuu aceste elemente. Pentru ca rezerva să nu se epuizeze, ea trebuie recompletată. Cu alte cuvinte, sistemele vii nu pot stoca la nesfârşit substanţele provenite din intrări. La un moment dat, ele vor constitui ieşiri. Continuitatea acestui flux este la fel de necesară ca şi continuitatea fluxului energetic, întrucât substanţa este de fapt purtătorul energiei, „ambalajul” acesteia. De exemplu, atomul de carbon preluat prin fotosinteză de plantele verzi, poate avea următorul parcurs:

Se înglobează într-o moleculă organică din frunze. De aici este preluat de o omidă defoliatoare, care apoi hrăneşte o pasăre insectivoră. În corpul acesteia, proteina din omidă este folosită ca sursă de energie pentru zbor. Pentru a îndeplini acest rol, ea va fi supusă oxidării biochimice în procesul de respiraţie. Ca urmare, atomul de carbon va fi eliberat în atmosferă sub formă de dioxid de carbon, devenind astfel disponibil pentru o nouă intrare. Traseul poate fi mai lung sau mai scurt, pot exista perioade de acumulare, atât în etapa organică (cochilii, cărbune, petrol etc.) sau anorganică (calcar). Prin urmare, pentru a menţine continuitatea intrărilor de substanţă, acelaşi element chimic va fi folosit de mai multe ori, fapt pentru care natura este considerată parcimonioasă, zgârcită. Principiile termodinamicii

Legea conservării

Legea entropiei

Aceste principii devin caracteristice proceselor ecologice având în vedere modul în care au loc transformările energiei. Astfel, energia nu poate fi creată, ea se transformă după echivalenţe numerice precise (legea conservării sau principiul I), iar aceste transformări sunt însoţite de disiparea unei anumite cantităţi de energie sub formă de căldură (legea entropiei sau principiul al II-lea). Menţinerea stării departe de echilibru se realizează de către sistemele vii prin folosirea unei surse exterioare de energie,

39

Ecologie generală

independentă de funcţionarea lor. Din punct de vedere energetic procesele din sistemele vii sunt ireversibile. Transferul de energie se corelează cu transferul de substanţă.

Economia energetică

„În marele laborator al vieţii, există două formaţii principale de organisme – plantele şi animalele –, familii care se deosebesc prin folosirea unor surse diferite de energie. Plantele obţin substanţele cu entropie joasă din substanţe cu entropie mai ridicată (dioxid de carbon, apă şi elemente minerale). Moleculele obţinute, ca toate moleculele organice, posedă o energie mai înaltă din punct de vedere termodinamic, decât dioxidul de carbon, apa şi elementele minerale din care au fost formate. Câştigul se datorează procesului de fotosinteză. Aici, energia solară este asimilată şi stocată în substanţă organică prin miracolul clorofilei. (...) În privinţa animalelor, fenomenul transformării începe de unde l-au lăsat plantele. Moleculele de hrană sunt oxidate în celula animală cu ajutorul oxigenului emanat tot de plante, într-un mediu lichid, furnizând energia necesară pentru căldură, mişcare, percepţia informaţiei, precum şi substanţe pentru componentele materiale ale celulei.”10 (fig. 3-5) FOTOSINTEZĂ

ENERGIE SOLARĂ

6CO2+6H2O

C6H12O6+6O2 RESPIRAŢIE

∆E=6X114=684 kcal/mol

Fig. 3-5 Circuitul materiei în lumea vie (după Bran, 2001)

Singurul factor care explică astfel câştigul în ecuaţia colaborării planteanimale-plante este energia solară, introdusă de plante în produsele „vegetale” prin procesul de fotosinteză. Acest câştig se va regăsi în organismul animalelor. Reglarea activităţii vitale Acest principiu exprimă caracterul informaţional la un moment dat. Realizarea autoreglării este esenţială pentru menţinerea sistemelor vii într-un mediu permanent schimbător.

10

Bran, P., op. cit., 2001, p. 41

40

Fenomenul ecologic

Sistemele vii îşi reglează activitatea, respectiv îşi menţin

Caracter parametrii între anumite limite prin conexiunile inverse (feed-back sau informaţional

retroacţiune). Populaţiile şi biocenozele sunt legate cu mediul printr-un număr mare de intrări (input-uri) şi ieşiri (output-uri). Fiecărei intrări îi corespund mai multe ieşiri. Biocenoza poate fi comparată cu un obiect care este străbătut de o mulţime de intrări şi ieşiri de informaţie. Acestea lucrează pe baza feed-back-urilor pozitive şi negative. Cadrul nr. 3-1 Acţiunea de autoreglare prin feed-back

Reglarea aduce biocenoza în anumite limite determinate de cauze interne sau externe. Astfel, se constată o sărăcire a mediului în regiunile aride, cauzată de consumul crescând de substanţe minerale şi apă de către plante; în aceste condiţii, biocenoza se menţine prin reglare, între anumite limite. Zgomotele acţionează asupra unei biocenoze situată de o parte şi de alta a unei şosele; atunci când zgomotele sunt prea mari, o parte din sistemele cibernetice de autoreglare sunt pierdute de către organisme (aceste sisteme fiind capabile de lucru atunci când intensitatea zgomotului nu este prea mare şi nu împiedică transmiterea informaţiei în sistem), acţionând negativ asupra organismelor respective. Retroacţiunea pozitivă conduce la creşterea volumului de substanţă, energie şi informaţie în sistem şi astfel creşte şi intensitatea metabolismului prin sporirea intrărilor. Volumul substanţei, energiei şi informaţiei este limitat prin feed-back negativ (cadrul nr. 3-1). Adaptarea Realizarea unităţii dintre viaţă şi mediu, dar mai ales extinderea vieţii, creşterea complexităţii formelor de viaţă au fost posibile prin adaptare. Procesul, în esenţă, este informaţional. Pentru a valorifica noi forme de energie şi substanţă – de exemplu, Caracter pentru a folosi oxigenul atmosferic şi nu pe cel dizolvat în apă, sau informaţional pentru a valorifica lumina şi nu energia din compuşii pe bază de sulf – fiziologia şi morfologia organismelor au trebuit să se modifice. Schimbarea însă depinde de „centrul de comandă”, de informaţia din materialul genetic. Considerăm adaptarea un principiu ecologic având în vedere două tendinţe în evoluţia sistemelor vii: extinderea spaţiului de viaţă şi creşterea complexităţii, ordonării, respectiv a încărcăturii informaţionale. Prin respectarea acestor principii, sistemele vii şi-au asigurat o existenţă durabilă. Faptul că viaţa există de miliarde de ani este o dovadă incontestabilă în acest sens. Activitatea omului a generat dezechilibre plecând de la ignorarea unora

41

Ecologie generală

dintre aceste principii. Faptul că vorbim despre resurse, poluanţi, deşeuri, criză de energie sunt dovezi ale desconsiderării unor condiţionări obiective, izvorâte din legile naturii. Reproducerea integrală a modelului naturii este o modalitate nerealistă în perspectiva identificării căilor de armonizare economie-ecologie. Principiile proceselor ecologice constituie, în acest context, un ghid valoros, care trebuie însă adaptat la realităţile social-economice. 3.3 Factorii ecologici – legi de acţiune

Clasificare

Componentele mediului influenţează organismele, imprimând o anumită intensitate a proceselor fiziologice (creştere, dezvoltare) şi, corelat cu aceasta, reprezentarea speciei în ecosistem. Astfel, mediul, prin constituenţii săi, devine un factor, un factor ecologic. Dat fiind faptul că asupra unui organism, la un moment dat, nu acţionează un singur factor şi că aceştia, la rândul lor, se influenţează reciproc, se impune o sistematizare şi o delimitare a sferelor de influenţă. Există astfel mai multe criterii de clasificare:

a. în funcţie de condiţiile necesare pentru ca un organism să se dezvolte într-un mediu oarecare, se diferenţiază11:

Materiali Condiţionali Aleatori

È factori materiali – substanţele necesare unui organism („materia primă”) pentru a fi prelucrate prin metabolism (de exemplu, resurse de hrană); È factori condiţionali – furnizează cadrul de preluare şi prelucrare a substanţelor (umiditatea solului, temperatura aerului, densitatea apei etc.); È factori aleatori – situaţi în afara nevoilor imediate ale organismului şi ale mediului său (în anumite situaţii, pot deveni factori condiţionali)

b. ţinând seama de interacţiunile dintre diferiţi factori ecologici, Dajos (1978) îi clasifică în:

Climatici Neclimatici Alimentari Biotici Antropici 11

È factori climatici – temperatură, lumină, pluviozitate etc.; È factori neclimatici – edafici şi ai mediului acvatic; È factori alimentari

Duţu, M., Ecologie. Filosofia naturală a vieţii, Bucureşti, Editura Economică, 1999, p. 47

42

Fenomenul ecologic

È factori biotici – reprezentaţi de interacţiunile în şi dintre specii; È factori antropici, determinaţi de activitatea omului. Pentru a releva modul în care aceşti factori ecologici acţionează asupra sistemelor supraindividuale (populaţii) vom prezenta, în cele ce urmează, legile de acţiune în raport cu factorii mediului, abiotic şi biotic,

ª Factorii abiotici Sunt reprezentaţi de componentele nevii ale mediului – lumină, umiditate, săruri minerale, temperatură, concentraţia oxigenului în apă, concentraţia poluanţilor în apă, aer, sol etc. Primele referiri la influenţa acestora asupra organismelor datează chiar înainte de apariţia ecologiei ca ştiinţă. Ele sunt rezultatul cercetărilor efectuate de chimistului german Justus von Liebig (cadrul nr. 3-2) privind influenţa aprovizionării solului cu elemente nutritive asupra productivităţii plantelor. În urma acestora, în 1862 este enunţată legea minimului.

Legea minimului

Productivitatea plantelor (populaţiilor) este condiţionată de substanţele minerale (factorii ecologici) aflate în sol în cantitatea cea mai mică faţă de necesităţile plantei (populaţiilor). Creşterea proporţiei acestui element duce la creşterea producţiei, până când un alt element ajunge în situaţia de minimum relativ. Plecându-se de la această lege s-au formulat principiile fertilizării raţionale, folosite şi astăzi, prin folosirea îngrăşămintelor minerale. Deşi a fost formulată pentru a descrie o realitate caracteristică funcţionării organismelor vegetale, sensul legii poate fi extrapolat (termenii din paranteze) la toţi factorii ecologici. Astfel, dezvoltarea unei populaţii – apreciată prin frecvenţă, abundenţă, densitate etc. – va fi influenţată, în primul rând, de factorul ecologic care se va situa cel mai departe faţă de nevoile speciei respective. Cadrul nr. 3-2 Justus von Liebig

Liebig, Justus von (1803-1873) – chimist german. A descoperit fenomenul de izomerie şi a formulat teoria radicalilor. A stabilit compoziţia exactă a numeroşi compuşi organici pe baza dozării carbonului şi hidrogenului. A elaborat principiile chimiei fermentative şi s-a preocupat de chimia proceselor biologice, fiind unul din fondatorii agrochimiei şi biochimiei. A descoperit faptul că plantele „se hrănesc” cu elemente minerale nu cu substanţe organice (humus), punând astfel bazele fertilizării minerale şi enunţând, legat de aceasta, legea minimului.

43

Ecologie generală

Modelarea acţiunii factorilor ecologici materiali

Realizarea unor modele pentru aprecierea reacţiilor posibile ale sistemelor ecologice în raport cu eventuale modificări ale configuraţiei factorilor ecologici a evidenţiat faptul că modelele bazate pe legea minimului sunt potrivite, cu deosebire, pentru studierea factorilor care reprezintă resurse (materiali), şi mai puţin pentru factorii condiţionali. O altă extrapolare se poate face luând în considerare şi variaţia pozitivă a factorului în raport cu nevoile plantei. De exemplu, creşterea concentraţiei de elemente nutritive peste nevoile plantei, respectiv poziţia de maximum relativ. Studiile ulterioare, materializate în enunţarea unor noi legi referitoare la modul cum reacţionează organismele la modificarea intensităţii sau concentraţiei factorilor ecologici, justifică această extrapolare. Astfel, în 1909, E.A. Mitscherlich corectează, pe baze experimentale, ideea concretizării liniare a efectului factorilor minimi, elaborând legea acţiunii factorilor de creştere.

Legea factorilor de creştere

Creşterea factorilor nutritivi nu se traduce prin sporuri proporţionale ale recoltei, ci prin creşteri tot mai mici, până la maximum posibil în condiţiile concrete. Un pas important, în sensul generalizării, este făcut o dată cu enunţarea, în 1911, de către Shelford a legii toleranţei, recunoscându-se astfel modul de influenţă al fiecărui factor ecologic asupra speciilor.

Legea toleranţei

Fiecare specie prezintă limite de toleranţă în raport cu toţi factorii ecologici, între acestea diferenţiindu-se domenii de favorabilitate, respectiv carenţă, optim ecologic şi exces (fig. 3-6).

Limitele de Domeniul „optim ecologic” corespunde intervalului în care toleranţă sunt o specie îşi desfăşoară existenţa cu minimum de „cheltuieli”, materiale relative şi energetice.12 De asemenea, este intervalul în care sunt asigurate condiţiile pentru reproducerea speciei.

Poluarea restrânge limitele de toleranţă

12

Limitele de toleranţă, precum şi domeniile de favorabilitate nu au valori absolute în raport cu o specie dată. Ele sunt influenţate de factori interni (stare de sănătate, vârstă, fenofază etc.) şi externi, respectiv intensitatea de manifestare a celorlalţi factori ecologici şi modul în care aceştia se încadrează în diferite

Pârvu, C., Ecologie generală, Bucureşti, Editura Tehnică, 2001, p. 120

44

Fenomenul ecologic

domenii de toleranţă. De exemplu, în condiţiile unui mediu poluat, speciile au o toleranţă mai mică faţă de variaţiile de temperatură şi umiditate etc. În termenii toleranţei ecologice, modificarea factorilor ecologici prin poluare semnifică faptul că, de exemplu, concentraţia de dioxid de sulf este situată în afara intervalului de optim ecologic (domeniul toxic), celelalte limite se modifică, iar diferenţa dintre minimum şi maximum scade, prin apropierea lor. Grad de favorabilitate a factorului

DE

TOLERANŢĂ

DL50

DL50

LIMITE

OPTIM ECOLOGIC

CP

CP – carenţă puternică C – carenţă T – toxic L - letal

C

T

L

Intensitatea factorului

DL50 – doză letală 50 – intensitate a factorului care determină moartea a 50% din indivizii supuşi experienţei

Fig. 3-6 Legea toleranţei

Amplitudinea toleranţei suportate de diferite specii reprezintă valenţa ecologică (cadrul nr. 3-3), în funcţie de care acestea se pot grupa în specii stenoice (cu valenţă ecologică mică, toleranţă scăzută, specializate) şi specii eurioice (cu valenţă ecologică mare, toleranţă largă, nespecializate). Cadrul nr. 3-3 Valenţa ecologică

În mările polare se găsesc bacterii iubitoare de frig; în cele tropicale sunt adaptate condiţiilor de temperatură de 0-20°C. Valenţa ecologică a golomăţului (Dactylis glomerata) este eurioică, acesta crescând atât la soare, cât şi la umbră. În Marea Ohotsk, la 22 m adâncime, apare pogonofora Siboglinium caulleryi, iar în falia KurileKamciatka ea există la adâncimea de 8 164 m. Aducerea la suprafaţă a unor bacterii din zonele pelagice din groapa Marianelor a condus la moartea lor. De aici concluzia că unele specii „locuiesc” în biotopuri strict specifice, altele au un spectru larg de răspândire. Astfel, presura aurie (Emberiza citrinella) este eurioică în arealul din centrul Ungariei şi stenoică la limita nordică a Finlandei şi la cea sudică, în Balcani.

Optime parţiale

Suprapunerea valorilor optime de temperatură şi umiditate la momentul fiziologic (optimul climatic), conduce la reproducerea speciei de plante sau de animale. De exemplu, în banchizele de gheaţă antarctice, sporii de bacterii supravieţuiesc la temperaturi de -80°C; aici, creşterea temperaturii conduce la scăderea

45

Ecologie generală

numărului de indivizi. Menţinere aceleiaşi concentraţii de săruri în sol şi a umidităţii formează pentru speciile vegetale optimul chimic. Cadrul nr. 3-4

Variaţiile climatice (variaţia temperaturii, a umidităţii) pentru molid, dezvoltat pe soluri podzolice, determină areale mai restrânse în Europa Vestică, cauzate de umiditate, şi extinse în Europa de Nord. Ursus arctos (ursul brun) are arealul de răspândire din Spania, până în Extremul Orient, dar optimul său se află în Siberia de Nord-Est şi Alaska (exemplare foarte mari). În schimb, în Pirinei, Apeninii Abruzzi (situate în apropierea presingului) exemplarele sunt mici. În culturile pure, introducerea unei specii produce abateri de la curba unimodală; în acest caz, curba fiziologică de toleranţă depinde numai de calităţile fiziologice ale speciei. Astfel, înmulţirea speciilor unor rozătoare în Noua Zeelandă a fost cauzată de introducerea lor de europeni şi de lipsa prădătorilor care ar fi putut contribui la scăderea numărului de indivizi. Efectul a fost distrugerea unor culturi locale. În 1959, Odum (cadrul nr. 3-5) propune un nou nivel de abstractizare, dezvoltând concepţia factorilor limitativi, care integrează legea minimului şi legea toleranţei.

Concepţia factorilor limitativi

Prezenţa şi succesul unui organism sau grup de organisme depinde de un complex de condiţii. Orice condiţie care nu atinge sau depăşeşte limitele de toleranţă devine o condiţie sau un factor limitativ. De asemenea, Odum arată faptul că nu toţi factorii de mediu

Frecvenţa au aceeaşi importanţă pentru supravieţuirea unei specii, cei mai abaterilor importanţi fiind cei care acţionează cel mai frecvent conform legii minimului, respectiv sunt cel mai frecvent în poziţia de minimum sau maximum relativ. Este subliniată importanţa concentrării eforturilor pentru studiul acestora. Identificarea lor se poate face plecând de la factorii critici de adaptare. Cadrul nr. 3-5 E.P. Odum

Odum, Eugen Pleasants (n. 1913) – ecolog american, ornitolog. Cercetările sale teoretice în domeniul ştiinţific sunt orientate spre principiile de bază, dar se preocupă şi de probleme de ecofiziologie. A adus contribuţii importante în cunoaşterea ecologiei marine şi în studiul fiziologiei păsărilor. Printre lucrările de referinţă se numără Fundamentals of Ecology (Bazele ecologiei). Concluzia care se desprinde din cunoaşterea legilor de acţiune a factorilor ecologici arată faptul că reacţia organismelor la acţiunea factorilor limitativi de mediu depinde, în mod direct, de situaţia ecologică concretă în care se găsesc organismele respective.

46

Fenomenul ecologic

ª Factorii biotici Reprezintă relaţiile unei specii date cu celelalte specii din ecosistem. Arareori se întâmplă ca influenţele exercitate să provină de la o singură specie. În general, există o multitudine de relaţii ale unei specii cu altele aflate pe niveluri trofice inferioare sau superioare. Tabelul nr. 3-1, Situaţii posibile în analiza relaţiilor binare dintre populaţii, plecând de la efectele reciproce exercitate de acestea

Efect

0

+

-

0

0,0 Neutralism

0,+ Comensalism

0,Amensalism

+

+,0

+,+ Mutualism

+,Parazistism/Prădătorism

-

-,0

-,+

-,Concurenţă

Relaţii binare

Cu toate acestea, pentru uşurinţa studiului, s-a optat pentru metoda relaţiilor binare, după metodologia elaborată de Haskell (1949) şi perfecţionată de Odum (1959). Conform datelor din tabelul nr. 3-1, trei din relaţiile propuse vor fi excluse, întrucât reprezintă repetiţii. Materializarea celorlalte şi câteva exemple relevante sunt prezentate în cadrul nr. 3-6. Cadrul nr. 3-6 Relaţii interspecifice

Neutralism (0,0). Se realizează între două specii care nu se afectează reciproc. Aparent, există numeroase astfel de perechi. Cu toate acestea, având în vedere interconectarea dintre elementele sistemelor ecologice, absenţa influenţelor directe nu trebuie înţeleasă ca imposibilitate a transmiterii efectelor. În acest sens, a devenit celebru exemplul prin care Charles Darwin a demonstrat relaţia dintre trifoi şi populaţia de pisici. Astfel, producţia de trifoi este mare atunci când sunt multe pisici, pentru că acestea se hrănesc cu rozătoare care distrug cuiburile de bondari, polenizatori importanţi ai plantelor de trifoi. Concurenţa (-,-) este o relaţie în urma căreia ambele specii implicate sunt dezavantajate. Relaţia apare în cazul în care cele două specii împart aceeaşi nişă ecologică, îndeplinesc funcţii similare în ecosistem. Mutualism (+,+). Se manifestă atunci când două specii se ajută reciproc, efectele relaţiei sunt reciproc pozitive, în aşa măsură încât relaţia este obligatorie (în absenţa ei nici una din cele două specii nu supravieţuieşte). Dintre cele mai cunoscute exemple cităm cooperarea dintre alge şi ciuperci în cazul lichenilor, simbioza dintre bacteriile fixatoare de azot şi plantele din familia Leguminosae. Comensalism (0,+). Este un tip de interacţiune binară, asimetrică şi pozitivă în care un

47

Ecologie generală

singur partener este afectat în sens pozitiv atunci când relaţia se manifestă şi negativ când relaţia lipseşte.13 Prin urmare, relaţia este obligatorie pentru organismul comensal, fiind indiferentă pentru organismul gazdă. Amensalismul (0,-) sau antibioza este relaţia în care unul din organisme suportă o influenţă negativă, în timp cel al doilea este indiferent. Situaţia se produce atunci când un organism atacat secretă substanţe nocive pentru cel care l-a atacat, evitând astfel influenţa lui. Cel mai cunoscut exemplu este cel al ciupercii Penicillium notatum, care secretă penicilina pentru a distruge bacteria Staphylococus aureus. Prădătorismul şi parazitismul (+,-) sunt relaţii directe între populaţii, efectele individuale fiind opuse (pozitive, respectiv negative). Aceste relaţii stau la baza materializării celei mai importante interacţiuni la nivelul sistemelor ecologice – relaţiile trofice. Diferenţierea între cele două tipuri de relaţii depinde de raportul dintre dimensiunile organismelor implicate – prădătorul are dimensiuni mai mari sau cel puţin comparabile cu organismul pradă, în timp ce parazitul este cu mult mai mic decât organismul gazdă; de modul în care ele vin în contact – prădarea este un eveniment momentan, petrecut într-un interval scurt de timp, în timp ce paraziţii sunt tot timpul în contact cu organismele gazdă care reprezintă, practic, habitatul lor; dar, şi de efectul resimţit de organismul care suportă o influenţă negativă – organismul pradă moare, în timp ce organismul gazdă suportă populaţii numeroase de paraziţi fără a-i fi afectată supravieţuirea.

* *

*

Factorii ecologici nu acţionează singular. Influenţa lor nu este rezultatul însumării rezultatelor parţiale. Între aceşti factori este posibilă interacţiunea, conducând fie la apariţia unui factor nou, fie la modificarea efectelor pe care le determină în sistemele ecologice, la modificarea reacţiei acestora. Evidenţierea acţiunii factorilor ecologici în complex se poate realiza prin folosirea unor modele. Modelul ecologic se compune din patru categorii de elemente:14 ) proprietăţi materializate în componente caracterizate prin variabile de stare (parametri). De exemplu, variabilele de stare ale unei populaţii sunt: structura pe clase de vârstă, efectivul, structura pe sexe, greutatea medie a indivizilor, suprafaţa explorată etc.; ) forţe, reprezentate de modificările externe. Aşa este de exemplu, creşterea temperaturii, creşterea concentraţiei de dioxid de sulf sau de hidrogen sulfurat (substanţe poluante); 13

14

Tufescu, V., Tufescu, M., Ecologia şi activitatea umană, Bucureşti, Editura Albatros, 1981, p. 94 Odum, E.P., Ecology and Our Endangered Life-Support Systems, Massachusetts, Sinauer Associates Inc. Publishers Sunderland, 1997, p. 68

48

Fenomenul ecologic

) direcţiile fluxurilor, care arată modul în care proprietăţile sunt legate sub acţiunea forţelor şi ) interacţiuni sau funcţii de legătură, prin care forţele şi proprietăţile se întâlnesc pentru a controla fluxurile.

E

F1

L

P1

F3

F2

P2

I

F5

P3

F6

F4 P – proprietăţi E – forţă I – interacţiuni L – retroacţiune

Fig. 3-6 Elementele unui model ecologic (după Odum, 1997)

Modelul din fig. 3-6 este explicat astfel: două proprietăţi (P1 şi P2) interacţionează (I) pentru a produce sau influenţa o a treia proprietate (P3) când sistemul este acţionat de forţa E. Modificarea proprietăţii P3 va deveni o nouă forţă (L) care va acţiona asupra proprietăţii P1 prin conexiune inversă. De exemplu, la scăderea duratei zilei lumină (E), populaţia de stejar (P1) va reacţiona prin îngălbenirea şi apoi căderea frunzişului, astfel că populaţiile de insecte defoliatoare (P2) vor începe perioada repausului de iarnă. Ca urmare a interacţiunii (I) dintre aceste populaţii, populaţiile de păsări insectivore (P3) vor reacţiona prin declanşarea „aprovizionării” de iarnă, eventual, prin creşterea numărului de larve capturate de pe trunchiurile de stejar.

Sinergism

Antagonism

Modificarea reacţiei sistemului poate rezulta din amplificarea sau diminuarea efectelor, ca urmare a interacţiunii dintre factori. Astfel, substanţele poluante din aer pot să participe la reacţii chimice (interacţiuni) prin care se formează noi substanţe (de exemplu, formarea peroxiacetilnitratului sub influenţa radiaţiilor ultraviolete din oxizi de azot şi ozon) sau prezenţa unui poluant sporeşte toxicitatea celorlalţi (pulberile din aer sporesc efectele negative ale dioxidului de sulf asupra căilor respiratorii). Amplificarea efectelor ca urmare a interacţiunii dintre factorii ecologici poartă denumirea de sinergism.

49

Ecologie generală

Interacţiunea factorilor poate duce însă şi la diminuarea puterii lor de influenţă ca urmare a efectelor de antagonism. De exemplu, în nutriţia minerală a plantelor efecte de antagonism se manifestă între potasiu şi calciu; între potasiu şi magneziu; între magneziu şi calciu etc.15 Acţiunea factorilor ecologici este influenţată şi de legea Legea universală a compensaţiei, care decurge din existenţa compensaţiei

Biotopuri echivalente

mecanismelor de autoreglare.16 De exemplu, în cazul secetei pedosferice (la nivelul solului), plantele vor utiliza cu mai mare eficienţă apa sub formă de vapori din atmosferă. Cu toate acestea substituirea nu poate fi totală. Ea se va realiza numai între anumite limite, conform legii toleranţei. Substituirea factorilor poate conduce însă la întrunirea de condiţii similare în medii a priori diferite, creându-se astfel biotopuri echivalente. Substituirea factorilor şi echivalenţa biotopurilor se pune cel mai bine în evidenţă prin analizele realizate la scară globală. Astfel, ea este demonstrată de reproducerea zonalităţii latitudinale prin etajarea altitudinală.

Studierea întregului fenomen ecologic devine, astfel, o necesitate impusă de diversitatea situaţiilor în care se află sistemele vii, de multitudinea de factori care le condiţionează metabolismul, dezvoltarea şi chiar existenţa.

Verificarea cunoştinţelor Explicaţi diferenţierea tipurilor de mediu în funcţie de acţiunea factorilor ecologici, componente ale acestora. Explicaţi semnificaţia termenilor: oikumene, sit, antroposferă, noosferă, tehnosferă, particularizând pe localizări specifice. Aduceţi argumente pentru a evidenţia legătura pe care o determină schimburile de substanţă între viaţă şi mediu.

Barloy, J., Cours de phytotechnie generale, Cours de Conservatoire National des Arts et Metiers, Centre Regional associe de Rennes, Ecole Nationale Superieure Agronomiques de Rennes, 1991, p. 56 16 Arsene, G.G., Elemente de ecologie generală, Timişoara, Editura Orizonturi Universitare, 2002 p. 53 15

50

Fenomenul ecologic Cum

se

realizează

reglarea

activităţii

la

nivelul

sistemelor

ecologice

supraindividuale? Exemplificaţi acţiunea legii toleranţei în ecosistemele pe care le cunoaşteţi, în raport cu o populaţie. Cum pot fi identificaţi factorii limitativi? Recunoaşteţi aceşti factori în ecosistemele cunoscute. Alcătuiţi modele prin care să evidenţiaţi relaţiile de interacţiune dintre componentele unor ecosisteme.

51

4. ECONOMIA BIOSFEREI

4.1 Conţinutul biosferei ca sistem ecologic 4.2 Biosfera – componentă a mediului 4.3 Structura biosferei 4.4 Cicluri biogeochimice 4.5 Circulaţia energiei 4.6 Mecanismul informaţional - biosferă - ecosferă - caracter anti-entropic - entropie joasă - ciclu biogeochimic

- biom - concentrare/dispersare selectivă - amplificare biologică - evapotranspiraţie - comunicare

Obiective )

Evidenţierea biosferei ca sistem planetar, caracterizat de unitatea componentelor sale, rezultată din schimburile reciproce de substanţă, energie şi informaţie dintre acestea

)

Recunoaşterea societăţii ca parte integrantă a biosferei, dependentă de resursele şi serviciile acesteia

)

Delimitarea biosferei sub aspect spaţial, fizic şi chimic prin relevarea particularităţilor biotopurilor extreme

)

Stabilirea reperelor structurale ale biosferei sub raport spaţial şi funcţional-trofic

)

Înţelegerea „Economiei biosferei” prin evidenţierea proceselor şi mecanismelor care contribuie la transformarea substanţei, energiei, informaţiei

)

Cunoaşterea proceselor ciclice şi liniare prin prisma echilibrelor şi dezechilibrelor posibile, ca rezultat al activităţii omului

52

Ecologie generală

4.1 Conţinutul biosferei ca sistem ecologic

Biosfera – nivel integrator al vieţii

Originea termenului

Nivelul integrator al vieţii la scară planetară este reprezentat de sistemul ecologic numit biosfera. În accepţiunea lui Odum (1971), biosfera formează sistemul biologic planetar cel mai cuprinzător. Ea realizează, în cel mai înalt grad, idealul existenţei unui sistem atotcuprinzător care rezolvă autoîntreţinerea pe baza resurselor interne, cu excepţia energiei, de provenienţă extraterestră, energia solară. În anul 1875, Eduard Suess (1831-1914) introduce în ştiinţă termenul de biosferă (de la gr. bios – viaţă şi spharain – sferă) în cadrul unui studiu dedicat Munţilor Alpi. Alţi ecologi consideră că acest termen a fost introdus de J.B. Lamarck (1744-1820). Spre deosebire de Lamarck, Suess a considerat biosfera un înveliş caracteristic Pământului, alături de celelalte trei învelişuri: litosfera, hidrosfera şi atmosfera.

Biologic După Kamshilov (1979), biosfera constituie sistemul care „include totalitatea organismelor şi rămăşiţelor lor, precum şi acele părţi de atmosferă, hidrosferă şi litosferă populate de organisme şi transformate de activitatea lor.”

Biosfera este sistemul viu global care include în sine toate vieţuitoarele Pământului; ea constituie stratul sau învelişul viu al planetei, cuprinzând în sine, ca subsistem, şi societatea umană. Ecologic Sub raport ecologic, biosfera se înfăţişează ca un gradient al tuturor ecosistemelor, de la gropile abisale, până la cele mai înalte culmi montane, de la ecuator, la poli.

Ecosfera reprezintă sistemul global care cuprinde totalitatea ecosistemelor, respectiv

ansamblul comunităţilor biotice şi cel al condiţiilor de viaţă a acestora, reprezentate de componente, mai mult sau mai puţin transformate, ale celorlalte învelişuri.

Rezultă faptul că, paralel cu termenul de biosferă, se foloseşte termenul ecosferă (de la gr. oikos – casă, rădăcina cuvântului ecologie). Acest concept a fost introdus în ştiinţă de Cole la Mont (1958). În S.U.A., Commoner (1971), iar în România, Botnariuc (1976) consideră că termenul ecosferă este mult mai potrivit decât cel de biosferă deoarece cuprinde în structura şi semnificaţia sa, prin prefixul „eco”, relevarea unităţii dintre totalitatea comunităţilor vii (biocenozelor) şi substratul abiotic al acestora.

53

Economia biosferei

Ecosferă ≠ Biosferă

Ecosferă = Biosferă

O astfel de precizare pune în discuţie sinonimia celor doi termeni aproximativ echivalenţi. În sens restrâns, biosfera ar trebui înţeleasă ca totalitatea vieţuitoarelor terestre şi a comunităţilor vii (biocenozelor) pe care fiinţele le formează. Ecosfera ar însemna, în sens strict, ceva mai mult decât biosfera, ea incluzând şi ambianţa sau mediul de trai al vieţuitoarelor. Biologii folosesc ambii termeni, atribuindu-le aceeaşi semnificaţie. Noi suntem de părere să fie păstraţi ambii termeni, aceştia conducând atât la îmbogăţirea vocabularului ştiinţific, cât şi la circumscrierea a două realităţi ale naturii puţin diferite. Monografie cea mai documentată a biosferei a fost realizată de Vernadski (1863-1945). Ulterior s-au adăugat cercetările de ecologie globală ale lui Hutchinson (1944-1970) şi Budyco (1977), precum şi consideraţiile raportuale om-biosferă ale lui Kovda (1971).

Geochimic În sens larg, geochimic, biosfera este un sistem planetar eterogen, care cuprinde lumea vie şi biotopurile sale, cât şi părţile scoarţei care sunt influenţate de materia vie. Studiile făcute asupra sistemului global al vieţii conduc la constatarea că biosfera poate fi analizată din punct de vedere: a)

structural şi al dinamicii vieţii cu cel mai înalt grad de complexitate şi autosusţinere în seria ierarhică a sistemelor vii (Botnariuc, 1976; Soran, 1979; Soran şi colab., 1981);

b)

ca rezultat al evoluţiei raporturilor strânse şi îndelungate dintre biocenoze (comunităţile vii) şi mediul abiotic al acestora şi prin relaţiile cu ambianţa sa, ca rezultat al interconexiunii biosferei cu celelalte învelişuri ale planetei (litosferă, hidrosferă şi atmosferă);

c)

în calitate de sistem viu superior ierarhic societăţii, ea precedând societatea şi fiind o premisă a dezvoltării acesteia şi înglobând-o ca un subsistem al ei (Mehedinţi, 1931; Kamshilov; 1973, Soran, 1977, 1981);

Abordarea biosferei

d)

ca mediu de trai sau ambianţă a vieţii în trecut, prezent şi viitor, sub raport fizico-geografic global. Mediul general al vieţii la nivel planetar a rezultat din interferenţa litosferei, hidrosferei, atmosferei. Biosfera funcţionează ca un înveliş al suprafeţei planetare, care reuneşte subsistemele anorganice într-un tot cu lumea vie. Acest lucru este posibil datorită capacităţii vieţuitoarelor de a transforma mediul.

54

Ecologie generală

4.2 Biosfera – componentă a mediului Între viaţă şi mediul natural, interdependenţa, caracteristica geologiei istorice a Terrei se menţine şi astăzi. La schimbările mediului vieţuitoarele „se supun” prin adaptare. Mediul a fost cel care a diferenţiat şi creat viaţa. E. Haeckel a conceput ecologia ca o ştiinţă care fundamentează tocmai relaţiile care se stabilesc în cadrul biosferei, învelişul vieţii.

Biosfera – înveliş generat şi generator de viaţă

Definită mult timp ca înveliş geografic care cuprinde totalitatea vieţuitoarelor, în concepţia actuală, biosfera este constituită nu numai din substanţă organică, dar şi din materia anorganică de provenienţă fie cosmică (energia solară), fie terestră (roci, apă, aer), reprezentând forma cea mai cuprinzătoare de interdependenţă dintre natura vie şi natura anorganică din care rezultă unitatea ei indestructibilă şi permanentă. „Biosfera este stratul exterior al Globului unde a luat naştere viaţa şi unde se găseşte actualmente multitudinea de organisme diferite care populează straturile inferioare ale atmosferei, hidrosfera şi litosfera emersă. Ea rezultă din interacţiunea substanţelor biotice şi a substanţelor abiotice ale Pământului. Graţie acţiunii plantelor, biosfera pune în rezervă şi redistribuie energia provenită din spaţiul cosmic.”1

Acest înveliş, fie că îl numim biosferă, înveliş geografic sau biogenosferă (conţinutul lor este identic) constituie un complex ecologic planetar sau un sistem ecologic unitar al Terrei – pe scurt – ecosistem planetar*. În biosferă se realizează schimbul reciproc de substanţă şi energie între elementele care o compun, născându-se schimbări şi la nivelul acestor elemente prin transferul substanţei şi energiei de la unul la altul. Până la apariţia vieţii, se poate vorbi doar de conexiunea aer-apă-scoarţă. Viaţa s-a adăugat mai târziu, biosfera încheind structurarea învelişurilor geografice. Viaţa furnizează o seamă de resurse de însemnătate capitală pentru însăşi vieţuitoarele care le produc şi, desigur, pentru om. Viaţa generatoare Caracteristica principală a acestor resurse constă în faptul că ele se de resurse refac continuu. Nu intră în acest grup rocile biogene (petrol, cărbune, gaze) care provin din organisme, dar care aparţin „regnului mineral”.

Definiţia biosferei concepută de UNESCO unii autori au denumit ecosistemul planetar microcosmos, alţii biosistem sau holocenoză, biogeocenoză, iar geografii îl numesc geosistem

1 *

55

Economia biosferei

Limite spaţiale

Limita superioară – 3 000–4 000 m, în atmosferă

Limita inferioară – 4 000-5 000 m, în scoarţă

Pe uscat, grosimea spaţiului vital nu este mai mare de 20-25 km. În ocean, el coboară până la 4 000-5 000 m adâncime. Din litosferă, biosfera cuprinde partea ei superioară, până la 5 km. Extinderea spaţială a vieţii se bazează pe energia depozitată în moleculele organice ale vieţuitoarelor. Popularea planetei este condiţionată de intensitatea iradierii solare, până unde această iradiere nu mai permite existenţa vieţii. În aer, frontiera superioară a biosferei este situată la circa 3 000-4 000 m, unde insectele zburătoare nu mai sunt reprezentate. La înălţimi mai mari sunt transportaţi numai sporii polenici sau de ciuperci, care pot ajunge sub formă de ploi de polen. Limita inferioară teoretică a biosferei poate fi considerată până acolo unde pătrund capilarele acvifere. Astfel, în formaţiunile carstice, fauna cavernicolă este reprezentată pe biotopuri speciale, de tranziţie între domeniul subteran şi sol. În structurile petroliere, până la peste 4 000 m adâncime, se găsesc bacterii anaerobe.

Limite fizice

Temperatură

2

În condiţii extreme (de exemplu, temperaturi ridicate), existenţa vieţii a condus la formarea de biotopuri speciale. Astfel, dacă la temperaturi de 20-40°C mai sunt prezente biocenoze cu variate specii animale, numărul speciilor şi al indivizilor se reduce la temperaturi de 80-90°C; la astfel de temperaturi dispar algele, rămânând numai bacteriile. De exemplu, în statul Wyoming (S.U.A.), în parcul Yellowstone, în apele cu temperaturi mai mari de 90°C din gheizerul Uriaşul Alb, se găsesc comunităţi biotice formate din bacterii termofile. Procesul de fotosinteză, la circa 1 m sub banchiza de gheaţă în strâmtoarea McMurda (Antarctica), ajunge la saturaţie. La adâncimi de 200-290 m, în calota glaciară din părţile centrale ale Antarcticii supravieţuiesc bacterii, ciuperci, microfauna fiind bogată în specii chiar la temperaturi de -57°C. În Dry Valley (Valea Uscată) din deşertul pietros Ross (Antarctica) viaţa este posibilă numai sub gheaţă, fiind prezentă prin alge şi protozoare. Pe grohotişurile din aceeaşi vale sunt prezente algele albastre, iar în fisurile stâncilor îşi fac apariţia lichenii.2

Vincent, W.F., Production Strategies in Antarctica Islands Waters, Phytoplankton EcoPhisyology in a Permanently Ice-covered Lake, Ecology, 62, 1981, p. 1215-1224

56

Ecologie generală

Limite chimice Concentraţiile ridicate ale unor compuşi cu sulf, a dioxidului de carbon, carbonatului de sodiu condiţionează formarea aşa-ziselor biotopuri extreme. Compuşii sulfului au o largă răspândire. Ajungând la concentraţii ridicate, care induc caracterul extrem în numeroase biotopuri. În condiţii naturale cel mai întâlnit este hidrogenul sulfurat, iar contaminarea antropică a extins prezenţa dioxidului de sulf, provenit natural mai ales din erupţiile vulcanice.

Sulf Hidrogen sulfurat (H2S)

Dioxid de sulf (SO2)

Ploi acide

Biotopuri caracterizate de concentraţii ridicate ale hidrogenului sulfurat sunt prezente în zone de mare adâncime, favorabile proceselor de reducere şi de descompunere anaerobă, de pe fundul mărilor şi în apele interioare unde circulaţia verticală a apei este redusă, lipsind curenţii verticali. Astfel, acumulări mari există în Golful Bremenhaven din Marea Nordului şi Napoli din Marea Mediterană, în unele chott-uri din Africa, în zona deşertică Sahariană şi sub 150 m în Marea Neagră. Biotopuri similare au fost depistate şi în fosele abisale din vecinătatea insulei Vancouver (Canada), insulele Galapagos etc. În sectorul Kamceatka – insulele Nipone, s-a observat faptul că animalele şi-au dezvoltat o anumită rezistenţă la erupţiile de dioxid de sulf; covorul vegetal este sărac în specii şi indivizi, iar solurile sunt sărate şi acide. În unele lacuri din Canada şi S.U.A., pH-ul apei prezintă o reacţie puternic acidă, ca urmare a poluării. Astfel, poluarea cu oxizi de sulf a pădurii influenţează procesul biotic. Moartea pădurii cauzată de ploi acide este rezultatul schimbării întregului sistem de factori fizico-chimici din mediu. Variaţiile climatice, cu perioade îndelungate de secetă, suprapunându-se acestei poluări, înregistrate în Europa Centrală, au favorizat apariţia unei flore specifice în etajul foioaselor, în special al fagului. Ionii de aluminiu din sol sunt mobilizaţi de ploile acide, afectând rădăcina plantei.

Hidrocarburi

Încărcarea apelor cu hidrocarburi în exces din unele zone ale Terrei (lacurile bituminoase, băltoacele de petrol din zona de extracţie a platformelor din Golful Campeche – Mexic; în Marea Moartă etc.) duc la înregistrarea unor aspecte anormale, acest mediu fiind populat în special de alge şi bacterii. În zonele cu vulcani submarini activi, cenuşa vulcanică influenţează mediul de viaţă al nevertebratelor. Erupţiile la

57

Economia biosferei

suprafaţa terestră, împrăştierea fumarolelor contaminează flora şi fauna, având repercusiuni care duc la dezechilibre.

Carbonat de sodiu

Efecte negative sunt înregistrate şi în zonele cu concentraţii mari de carbonat de sodiu. În Lacul Van, din platoul răsăritean al Podişului Anatoliei (Turcia), concentraţia de carbonat de sodiu atinge 3.5 g/l, determinând o floră şi o faună foarte sărace, în timp ce în lacul Nakuru (Kenia), cu un pH de 10.5 biomasa este reprezentată prin algele albastre (Spirulina platensis) care ajung la 150-200 g/l; această biomasă este consumată de flamingi (Phoenicopterus minor), care aveau, în 1973, un efectiv de 1.50 x 106 indivizi, corespunzând unei biomase de 61 g/m3. Analiza biotopurilor extreme confirmă existenţa vieţii în condiţii aparent nefavorabile, extinzând limitele spaţiale, fizice şi chimice ale biosferei la nivelul întregului geosistem.

4.3 Structura biosferei Diversitatea generată de dinamica generală a Globului, varietatea climatelor şi, nu în ultimul rând, activitatea umană determină diferenţieri considerabile la nivelul biosferei. Repartizarea teritorială a componentelor cu un anumit grad de omogenitate defineşte structura spaţială, în timp ce modificările care caracterizează dinamica se constituie în structura funcţională a acesteia. Structura spaţială

Repartizarea diferenţiată, în timp şi spaţiu a resurselor

Rezultă din repartiţia diferenţiată a resurselor climatice şi, corelat cu aceasta, a celor edafice (de sol), fiind mai bine reprezentată în raport cu ecosistemele terestre. Astfel, la nivelul fiecărui continent biocenozele similare, identificate pe baza principalelor formaţiuni vegetale, formează un biom. Pe continente diferite apar, de asemenea, biomuri similare, acestea constituind tipurile de biomuri. Cele mai importante tipuri de biomuri, în succesiunea lor de la ecuator la poli sunt cele prezentate în continuare.

Pădurile ecuatoriale veşnic verzi Se situează de-a lungul ecuatorului, până la paralela de 10°, Productivitate într-un climat cald, uniform, cu un volum anual de precipitaţii care şi diversitate depăşeşte 1 500 mm, repartizat uniform de-a lungul întregului biologică maxime an. Datorită ploilor zilnice, umezeala relativă a aerului este foarte ridicată.

58

Ecologie generală

Varietatea speciilor este foarte mare, cu o etajare multiplă a vegetaţiei arborescente, însoţite de liane, epifite. Pădurile tropicale de câmpie, cu trei niveluri de etajare, sunt cele mai productive ecosisteme ale Terrei. Arborii uriaşi (Dracntomelon, Dipterocarpus, Piptadeniastrum) ating înălţimi de 30-40 m. Pe nivelul inferior sunt caracteristice speciile de palmieri, bananieri, bambuşi, iar la nivelul solului, ferigile. Materia organică moartă se mineralizează foarte rapid, Capacitate de regenerare formarea humusului şi acumularea fiind nesemnificative, astfel că redusă aceste păduri au o capacitate de regenerare foarte redusă. Prin urmare, în zonele defrişate apar formaţiuni secundare, mai sărace în specii şi cu productivitate mai mică. Cele mai importante păduri de acest fel sunt situate în Africa (bazinul râului Congo, munţii vulcanici mari); America (bazinul Amazonului); Asia (India, versanţii munţilor Himalaya) şi Oceania. Savanele Se dezvoltă în regiunile cu climat subecuatorial, în care anotimpul secetos durează mai mult decât cel ploios. Speciile vegetale dominante sunt gramineele înalte (1.5-3.0 m), însoţite, pe alocuri, de arbori pitici, având coroane rare şi tabulare (Mimosaceae, Acacia, palmieri). În sezonul uscat, sunt frecvente incendiile, la care plantele s-au adaptat în aşa măsură încât unul din factorii de mediu esenţiali pentru menţinerea savanei este chiar focul.

Repartizarea inegală a precipitaţiilor în cursul anului

Savanele dependente de condiţiile climatice s-au format, cu precădere, în Africa – de exemplu, partea nedeşertificată din Sahel. De asemenea, savanele tipice se găsesc în Africa de Est, având caracteristice, ca specii vegetale, arborele maimuţelor (Adausonia digitata), arborele de salam (Kigelia africana). Savana africană este arealul în care sunt răspândite marile erbivore (girafe, antilope, bivoli, elefanţi, zebre etc.) şi animale de pradă (lei, gheparzi, leoparzi). Suprafeţe cu savane întinse se găsesc şi în America de Sud, India, Antile, unde sunt frecvenţi palmierii. Savana australiană este ţara cangurului şi principala zonă de păşunat a crescătorilor de oi. O mare parte din savanele din America de Sud şi Asia de Sud s-au format datorită condiţiilor de sol nefavorabile (de exemplu, regim aerohidric deficitar). Există şi savane secundare, a căror formare este legată de activitatea umană, fiind generate de incendierea sau defrişarea pădurilor tropicale sau musonice.

59

Economia biosferei

Stepele

Marile zone cerealiere

Caracterizează zona de climă temperată uscată (cu mai puţin de 500 mm precipitaţii anual). În funcţie de continentul pe care se situează, poartă diferite denumiri, astfel: Eurasia – stepă; America de Nord – preerie; America de Sud – pampas. Pe cernoziomurile fertile se formează biocenoze bogate în specii erbacee cu creştere înaltă. În Eurasia sunt reprezentative specii din genurile Festuca, Stipa, Astragalus, Allium, Adonis, Ranunculus etc. În regiunile mai uscate (cu precipitaţii de 300-400 mm/an) se formează stepe cu vegetaţie erbacee joasă, pe soluri castanii. Din cele mai vechi timpuri au reprezentat principalele zone de păşunat, iar astăzi se constituie în cele mai importante zone cerealiere

Pădurile temperate

Dominanţa unei singure specii de arbori (stejar, fag)

Sunt prezente în fâşia de climă temperată moderată (vară caldă şi umedă, iarnă nu foarte rece şi umedă) fiind alcătuite din specii de arbori şi arbuşti cu frunze căzătoare. Se găsesc cu precădere în emisfera nordică, în Europa, Asia de Est şi America de Nord, relativ aproape de mări sau oceane, pe soluri brune de pădure, neutre sau slab acide. Sunt structurate pe patru niveluri de coronament, luminozitatea determinând particularităţile covorului erbaceu de la suprafaţa solului. Caracteristice sunt perioada lungă de vegetaţie şi procese vitale mult încetinite în cursul iernii. Compoziţia speciilor relevă dominanţa unui număr redus de specii (chiar una singură) în rândul arborilor. Pe coasta estică a Americii de Nord şi în Asia de Est pădurile temperate au o varietate mai mare de specii decât cele europene, unde glaciaţiunile au diminuat numărul speciilor lemnoase. Cele mai importante tipuri sunt pădurile de stejar, fag şi de luncă, repartizate şi ele în funcţie de condiţiile climatice, respectiv reţeaua hidrografică.

Pădurile taiga Se situează în zona climatului temperat rece din Eurasia şi America de Nord. Speciile de arbori cu frunze persistente sunt Diversitate adesea în amestec cu mesteacănul. În general, predomină o singură redusă, specie de arbori, diversitatea fiind redusă. cu Taigaua europeană este formată din molid (Picea abies) şi pin predominarea coniferelor (Pinus sylvestris); în Asia sunt prezente Picea obovata şi Abies sibirica

60

Ecologie generală

(bradul siberian), precum şi specii de zadă (Larix sibirica). În America, zona forestieră se întinde, în primul rând, în Canada unde speciile caracteristice sunt molidul alb şi negru (Picea glauca, P. mariana), alături de Abies balsamea. Tundrele

Permafrost

Se găsesc la limita cercului polar din emisfera nordică, în Europa, Asia şi America de Nord. Numărul speciilor este redus, fiind caracteristic următoarele: arbuşti pitici, muşchi, licheni şi alte plante erbacee. Sunt frecvente turbăriile. Perioada de vegetaţie este scurtă, întrucât numai în câteva luni temperatura depăşeşte 0°C. În adâncime solul este permanent îngheţat (permafrost).

Deşerturile

Precipitaţii reduse

( 50

Astfel, populaţia minimă viabilă (PMV), în care să se evite consangvinizarea, are efectivul de 50 de indivizi; pentru a se asigura o oarecare supleţe evolutivă sunt necesari cel puţin 500 de indivizi; factorii accidentali, în raport cu care specia nu are dezvoltate adaptări, vor fi contracaraţi dacă specia are cel puţin 1 000 de indivizi, iar supravieţuirea după catastrofe va fi posibilă numai în cazul în care populaţia numără 1 000 000 de indivizi.20

Densitatea şi distribuţia. Densitatea populaţiei se obţine raportând efectivul la suprafaţa sau volumul în care aceasta îşi desfăşoară activitatea. Este un indiciu în cunoaşterea stării populaţiei privind numărul de indivizi raportaţi la posibilităţile de suport ale spaţiului. ÕÕÕÕ ÕÕ ÕÕ ÕÕÕÕ ÕÕ ÕÕ ÕÕÕÕ ÕÕ ÕÕÕÕ Õ Õ ÕÕ Fig. 5-5 Modele de distribuţie ale ÕÕÕÕ Õ ÕÕÕ A

20

B

C

indivizilor într-o populaţie. A, uniform; B, aleator; C, grupat.

Chauvet, M., Olivier, L., La biodiversite, enjeu planetaire. Preserver notre patrimoine genetique, Paris, Eds. Sang de la Terre, 1993

114

Ecologie generală

Repartizarea populaţiei în spaţiu se realizează după trei tipuri de modele de distribuţie (fig. 5-5):

Distribuţie - uniformă - aleatoare - grupată

È uniform – se întâlneşte mai rar, în cazul în care competiţia pentru hrană sau spaţiu sunt foarte severe; È întâmplător (aleator) - presupune distanţe diferite între indivizi. Se întâlneşte frecvent, în special în cazul organismelor care trăiesc în medii omogene şi nu au tendinţă de agregare; È grupat – se realizează atunci când pe anumite suprafeţe se realizează densităţi foarte mari, înconjurate de suprafeţe cu densităţi foarte scăzute ale indivizilor. Acest model de distribuţie poate reflecta o viaţă socială dezvoltată (căutare colectivă a hranei, apărare colectivă) sau neuniformităţi ale biotopului.

Structura populaţiei. Se apreciază prin identificarea a diferite categorii şi a raporturilor dintre acestea. Din punct de vedere ecologic, interesează categoriile delimitate pe baza criteriilor genetice, vârstei, dar şi structura pe sexe. Structura genetică este determinată de fondul de gene prezente în genomul indivizilor biologici. Indivizii care formează o populaţie, deşi aparţin aceleaşi specii, nu sunt identici. Ei se caracterizează printr-un polimorfism genetic care va asigura adaptarea şi elasticitatea în faţa schimbărilor din mediu. Structura genetică se modifică prin migraţie, mutaţie, selecţie, izolare sau drift genetic (în cazul unor efective foarte mici). Structura pe vârste se defineşte prin numărul claselor de vârstă şi modul cum se repartizează indivizii pe aceste clase. În general, se delimitează trei categorii – juvenili (indivizi aflaţi în diferite stadii de dezvoltare), maturi (indivizi aflaţi în perioada de reproducere) şi senili (de la ultima reproducere până la moarte).

Senili

Senili

Senili

Maturi

Maturi

Maturi

Juvenili

A

Juvenili

B

Juvenili

C

Fig. 5-6 Distribuţia indivizilor pe clase de vârstă în populaţii aflate în A, creştere; B, stare staţionară; C, declin

115

Structura ecosistemului

Structura pe sexe reflectă în general un raport unitar între cele două sexe şi furnizează informaţii în legătură cu evoluţia viitoare a populaţiei. Astfel, dominarea femelelor presupune o populaţie în plin progres numeric; dominarea masculilor caracterizează regresul numeric, în timp ce raportul unitar descrie starea staţionară.21 Mişcarea naturală a populaţiei este descrisă de modificările care apar în efectivul şi structura populaţiei ca urmare a intrărilor şi ieşirilor de indivizi. Intensitatea acestor procese se apreciază folosind indicatori specifici, respectiv: - Natalitatea asigură perpetuarea indivizilor, continuitatea populaţiei. Rata natalităţii se calculează ca raport între numărul de indivizi apăruţi prin germinare, ecloziune, naştere etc. într-o perioadă dată şi efectivul populaţiei. Factorii externi şi interni vor influenţa nivelul natalităţii, care este mai mic decât potenţialul biologic al populaţiei. Capacitatea fizică de reproducere a populaţiei reprezintă fecunditatea, iar capacitatea fizică de a introduce noi indivizi în populaţie exprimă fertilitatea. MEDIUL - condiţii climatice - condiţii fizicochimice - spaţiu - hrană - prădători/paraziţi - competitori

-

INDIVIZII nutriţie creştere reproducere mobilitate apărare competitivitate

POPULAŢIA (procese demografice)

-

natalitate mortalitate imigrare emigrare

-

STATICA POPULAŢIEI efectiv densitate distribuţie structură o genetică o pe vârste o pe sexe

RETROACŢIUNE - reglarea numerică o ecofiziologică o demografică o etologică - variaţii genetice - coevoluţie

Fig. 5-7 Relaţii de interacţiune populaţie-mediu (după Barbault, 1997)

21

Neacşu, P., op.cit., p. 176

116

Ecologie generală

- Mortalitatea duce la eliminarea indivizilor prin deces. Ea „este condiţionată genetic, fiziologic şi ecologic.” 22 Rata mortalităţii se calculează ca raport între numărul de indivizi decedaţi într-o perioadă dată şi efectivul populaţiei. - Imigrarea şi emigrarea. Într-o populaţie intrările sunt asigurate de natalitate, iar ieşirile de mortalitate. Totuşi, absenţa barierelor reproductive face posibil contactul cu alte populaţii din care indivizii pot să intre în populaţia dată (imigrare) sau spre care pot să se deplaseze în anumite condiţii (emigrare). Astfel de procese se produc la nivelul aşa ziselor metapopulaţii (vezi partea a IV-a). Interacţiunea cu mediul determină un anumit nivel al indicatorilor menţionaţi, acesta constituindu-se într-o nouă stare, care va determina o serie de modificări prin retroacţiune (feedback), manifestată ca reglare a numărului de indivizi sau ca variaţii genetice (fig. 5-7). B. Dinamica populaţiei Este dată de schimbările cantitative şi calitative ale populaţiei. Acestea se produc sub influenţa factorilor interni şi externi, pe baza unei interdependenţe complexe.

Modele de creştere

22

În absenţa factorilor limitativi, dinamica populaţiei se materializează în creşterea exponenţială a numărului de indivizi, conform modelului malthusian (fig. 5-8-A). Astfel de situaţii nu se pot manifesta decât temporar, atunci când populaţia se află într-un mediu foarte favorabil şi lipsesc concurenţii. Disponibilitatea resurselor şi favorabilitatea mediului sunt, la rândul lor, influenţate de creşterea populaţiei, devenind limitative la un moment dat. Astfel, sub acţiunea factorilor menţionaţi creşterea populaţiei se realizează după un model logistic, în care K reprezintă capacitatea de suport a mediului (fig. 5-8-B).

Stugren, B., Bazele ecologiei generale, Bucureşti, Editura Ştiinţifică şi Encilopedică, 1982, p. 158

117

Structura ecosistemului Numărul de indivizi

3000

A

2500 K

2000 1500

B

1000 500 0

10

20

30

40

50

60

t (zile)

Fig. 5-8 Curba creşterii populaţiilor. A, în absenţa factorilor limitativi (creştere exponenţială); B, sub acţiunea factorilor limitativi (creştere logistică)

Dat fiind faptul că factorii ecologici se modifică şi independent de ceea ce se întâmplă în populaţie, dinamica acesteia din urmă va reflecta aceste schimbări prin fluctuaţii sezoniere (în cazul populaţiilor cu mai multe generaţii pe durata unui an); periodice plurianuale (cadrul nr.5-10) şi aperiodice plurianuale. Cadrul nr. 5-10 Fluctuaţii periodice plurianuale23

Populaţiile de iepure (Lepus americans) şi râs (Felix canadensis) din Canada cunosc oscilaţii periodice conjugate. Fenomenul este documentat de datele statistice înregistrate din 1845 până în 1935 la Compania Golfului Hudson care se ocupa cu recoltarea pieilor de vânat. Populaţiile de iepuri ating un maxim la fiecare 10 ani, iar populaţiile de râşi canadieni urmează o evoluţie decalată cu 9 luni, până la 2 ani. Cicluri populaţionale asemănătoare se înregistrează pentru hering (Culpea harengus), potârniche (Perdix perdix), cărăbuş de mai (Melolontha melolontha) ş.a. Reglarea numerică a populaţiei se realizează în funcţie de intensitatea acţiunii factorilor ecologici. Dat fiind varietatea acestora, precum şi modul foarte diferit în care influenţează populaţia la un moment dat, s-a impus gruparea lor, astfel încât să fie posibilă realizarea unor modele care să permită prognozarea Factori evoluţiei populaţiilor. ecologici - dependenţi Cel mai frecvent factorii sunt grupaţi în funcţie de de influenţa densităţii asupra acţiunii lor. Astfel, se diferenţiază densitate factori dependenţi de densitate (parazitismul, concurenţa etc.) - indepenşi factori independenţi de densitate (temperatura, salinitatea, denţi de radiaţia solară, altitudinea etc.). Cu toate acestea, „orice densitate clasificare este nesatisfăcătoare, deoarece împletirea factorilor 23

Idem

118

Ecologie generală

ecologici este intimă şi multilaterală”24, reglarea numerică fiind dependentă şi de capacitatea populaţiei de a reacţiona la modificarea factorilor externi. Cadrul nr. 5-11 Teoriile reglajului populaţional

Teoria lui Milne integrează acţiunea factorilor ecologici dependenţi şi independenţi de densitate. În analiză se pleacă de la observaţia că efectivul unei populaţii poate varia între două limite: inferior, care duce la extincţie prin insuficienţă numerică şi superior, care este urmat de autodistrugere prin epuizarea resurselor de hrană, a spaţiului etc. Pentru a defini aceste niveluri se introduc conceptele de: • capacitate ultimă – limita numerică superioară, niciodată atinsă; • capacitate a mediului (capacitate de suport, capacitate portantă) – efectivul maxim care poate fi atins şi menţinut în permanenţă, fără efecte distructive asupra populaţiei sau a mediului şi • nivel de extincţie – limita numerică inferioară, niciodată atinsă, cu excepţia situaţiei de dispariţie a populaţiei. Factorii reglatori sunt grupaţi în trei clase: factori independenţi de densitate (A); factori imperfect dependenţi de densitate (B) şi factori perfect dependenţi de densitate (C). Se consideră că, singurul factor perfect dependent de densitate este concurenţa intraspecifică. Ceilalţi factori dependenţi de densitate (prădătorismul, parazitismul, concurenţa interspecifică) nu se corelează perfect cu modificările densităţii populaţiei reglate, ceea ce a făcut să fie grupaţi separat. Reglajele care menţin populaţia în zona numerică corespunzătoare capacităţii mediului sunt datorate acţiunii predominante a factorilor A şi B, care pot duce şi la transferul spre zona apropiată de nivelul numeric minim. Pentru zonele numerice superioare se diminuează influenţa factorilor A şi B, prioritar devenind factorii C, care vor împiedica populaţia să depăşească capacitatea de suport a mediului şi să atingă capacitatea ultimă. Teoria sintetică abordează unitar ansamblul de factori ecologici interni şi externi care acţionează asupra efectivului populaţional. Contribuţii importante în acest sens au fost aduse de G.A. Victorov (1971), N. Botnariuc (1976), A. Vădineanu (1980), B. Stugren (1982). Intrările şi ieşirile indivizilor din populaţie sunt modulate. Se ţine cont de organizarea populaţiilor, organizarea biocenozei şi particularităţile biotopului, respectiv de polimorfismul genetic, relaţiile dintre indivizi şi funcţiile lor în cadrul populaţiilor, numărul de populaţii şi caracterul lor polifuncţional, relaţiile dintre populaţii şi gradul de maximalizare a fluxurilor de energie, precum şi domeniile de fluctuaţie ale factorilor ecologici. În timp, au fost elaborate numeroase teorii privind reglajul numeric al populaţiei, între care mai cunoscute sunt: teoria reglajului climatic, teoria reglajului trofic, teoria reglajului prin acţiunea globală a factorilor de mediu, teoria reglajului prin mecanisme interne, teoria sintetică, teoria lui Nicholson, teoria lui Milne, modeul Lotka-Volterra etc. În cadrul nr. 5-11 sunt prezentate două din aceste contribuţii.

24

Pârvu, C., op. cit., p. 144

119

Structura ecosistemului

5.3 Structura spaţială

Vegetaţia – element definitoriu al structurii spaţiale

În cadrul unui ecosistem, din punct de vedere spaţial se pot distinge elemente individualizate conform dimensiunilor acesteia. Astfel, au fost descrise o structură orizontală şi una verticală. Aceste structuri se datorează faptului că, în ecosistem, biotopul şi biocenoza aferentă nu sunt omogene; fiecare fragment de biotop are ataşate anumite elemente de biocenoză, atât pe orizontală, cât şi pe verticală. Factorul determinant al unei astfel de organizări poate fi reprezentat de una sau mai multe caracteristici ale biotopului. Pentru ecosistemele terestre, deşi structurile spaţiale pot fi definite şi pe baza criteriilor fizice sau chimice (temperatură, umiditate, pH, concentraţia substanţelor nutritive etc.), importanţa vegetaţiei pentru întreg ecosistemul, vizibilitatea sa, relaţiile strânse cu factorii fizicochimici ai mediului, au făcut din aceasta un sistem de alegere pentru definirea structurii spaţiale a ecosistemului. 25 5.3.1 Structura orizontală În descrierea părţilor structurale orizontale este luată în considerare numai dispunerea elementelor în raport cu dimensiunile lungime şi lăţime. În ecosistem, părţile structurale orizontale sunt: bioskena, consorţiul şi sinuzia.

Bioskena Este un fragment minim de biotop, având condiţii relativ omogene, pentru un organism sau un grup de organisme (de exemplu, faţa superioară sau inferioară a unei frunze, suprafaţa unei pietre etc.). Consorţiul

Condiţii temporare de hrană şi adăpost

25

Numit şi biocharion sau microcenoză, este o grupare de indivizi din diferite specii determinată de condiţiile temporare de adăpost sau hrană. Astfel, în segmentele unei ciuperci cu pălărie, alcătuite din mai multe grupări funcţionale (corpul ciupercii, lamelele de sub pălărie, suprafaţa exterioară a pălăriei), se realizează conexiunea foarte strânsă dintre ciupercă şi unele specii de coleoptere; în jurul unui stejar se formează un consorţiu alcătuit din inele (cercuri) de specii cu diferite funcţii trofice în consorţiu.

Barbault, R., Ecologie generale. Structure et fonctionement de la biosphere, Paris, Masson, 1997, p. 163

120

Ecologie generală

Sinuzia

Populaţie cu rol de nucleu central

Este alcătuită dintr-o populaţie cu rol de nucleu central şi care grupează în interiorul ei populaţii din alte specii. Se poate spune că sinuzia desemnează un complex de plante şi animale, dar, în practică, este dificil de a se descrie asemenea unităţi complexe, reprezentate de sinuzii vegetale şi animale. 5.3.2 Structura verticală

A. Ecosisteme terestre Analiza stratificării biocenozelor, a nomenclaturii straturilor din ecosistemele terestre vegetale, a solului şi a faunei concretizează noţiunea de stratificare ecologică. În sens ecologic, stratul cuprinde fragmente de substrat şi aer, plante şi animale, cât şi microorganisme şi reprezintă un segment al ecosistemului pe axa verticală a spaţiului fizic în care se află ecosistemul. Fluxul de materie din ecosistem străbate toate straturile sub forma circulaţiei biogene a atomilor elementelor chimice. „Rădăcinile copacului aparţin de sol, tulpina constituie elementul unui strat autonom, prin care migrează pe verticală atomii elementelor chimice în ambele sensuri, iar coroana arborelui este inclusă în plafonul (coronamentul) pădurii. Migraţiile insectelor dintr-un strat în altul contribuie la realizarea unei coeziuni interne a macrostructurii din ecosistem.”26

Circulaţia biogenă a elementelor chimice asigură conectarea straturilor

În zona temperată, într-o pădure se găsesc arbori cu înălţime mare, sub ei sunt arbori tineri şi arbuşti, iar la suprafaţa solului, mai ales primăvara, înainte de apariţia frunzişului, sunt plante ierboase, ele având o perioadă scurtă de vegetaţie, atâta timp cât există suficientă lumină. Speciile de consumatori sunt dispuse şi ele pe verticală datorită condiţiilor concrete de migraţie. Astfel, păsările cu deschiderea mare a aripilor nu vor putea coborî la sol din cauza coroanei arborilor, deci ele îşi vor face cuiburile în acest sector. Ciocănitorile se vor întâlni, îndeosebi, pe trunchiurile de arbori. La suprafaţa solului vor fi căprioarele, mistreţii, lupii etc. În adâncime, rădăcinile arborilor vor pătrunde mai adânc decât rădăcinile plantelor ierboase, iar o serie de rozătoare îşi fac galerii în sol, cu toate că îşi procură hrană de la suprafaţa solului. În mod similar, pe terenurile cultivate, floarea soarelui, datorită

26

Stugren, B., op. cit., p. 99-100

121

Structura ecosistemului

înălţimii plantei, va forma etajul superior sub care se vor întâlni buruienile cu înălţime mai mică. Repartizarea uniformă a indivizilor într-o plantaţie şi în terenurile agricole este o consecinţă a activităţii omului. În ecosistemele naturale, repartizarea plantelor şi animalelor este condiţionată de tipul de spaţiu (Stugren, 1994). B. Ecosisteme acvatice

Temperatură Lumină Oxigen

Stratificarea acestor medii este determinată în variaţia factorilor ecologici condiţionali, dar şi a celor de tip resursă. Astfel, densitatea apei se modifică funcţie de temperatură, fapt care determină o stratificare în adâncime. Corelat cu transparenţa apei, se modifică grosimea stratului în care intensitatea luminii (resursă de energie) este suficient de ridicată pentru realizarea fotosintezei, în timp ce concentraţia de oxigen depinde fie de temperatură, fie de lumină, în funcţie de troficitatea apei. Prin urmare, structura spaţială este determinată de distribuţia temperaturii, luminii şi oxigenului în raport cu adâncimea.

a. Temperatura Înregistrează variaţii diferite în funcţie de anotimp, pe baza cărora se pot distinge trei elemente structurale, prezente în cursul verii şi al iernii. În anotimpurile de tranziţie stratificarea este distrusă. Astfel, stratul în care se realizează saltul termic se numeşte termoclină, deasupra acestuia situându-se epilimnionul, iar în partea inferioară hipolimnionul (fig. 5-9). Temperatura 0°C

4°C

Epilimnion Termoclină Hipolimnion

1 2

Fig. 5-9 Zonarea termică a apelor lacului. 1, vara; 2, iarna (după Tufescu, Tufescu, 1981)

Adâncime

b. Lumina

122

Ecologie generală

Nivel de compensaţie: F=R

Pătrunde numai în zona de ape superioare, numită eufotică, după care urmează nivelul de compensaţie. Pe acest interval rata fotosintezei (F) este egală cu rata respiraţiei (R). În profunzime, razele de lumină nu pot pătrunde, astfel că ne situăm în zona afotică (lipsită de lumină) (fig. 5-10).

Zonă eufotică Nivel de compensare

Zonă afotică

Fig. 5-10 Zonarea apelor lacului în funcţie de accesibilitatea luminii solare (după Tufescu, Tufescu, 1981)

Adâncimea relativă la care se individualizează aceste straturi depinde de culoare şi transparenţa apei, respectiv de încărcarea cu materii în suspensie. Cu cât aceasta este mai Transparenţă mare, cu atât se diminuează grosimea stratului eufotic, ceea Turbiditate determină modificarea raportului dintre fixarea şi entropizarea energiei, dintre producţia şi consumul de oxigen. c. Oxigenul Se repartizează diferit în funcţie de troficitatea apei (aprovizionarea cu elemente nutritive, în special azot şi fosfor). Oligotrof– Astfel, în apele sărace în elemente nutritive (oligotrofe – lacurile Temperatură glaciare din Munţii Carpaţi – Bucura, Câlcescu, Iezer etc.), repartiţia oxigenului urmăreşte variaţia temperaturii, în timp ce în Eutroflacurile eutrofe (bogate în substanţe nutritive – lacurile de câmpie, Lumină din Delta Dunării) este dependentă mai mult de distribuţia luminii, respectiv de prezenţa plantelor fotosintetizatoare. 5.4 Limitele ecosistemului

Limite confuze

În practică, fie că este vorba de cercetările ecologice sau pentru necesităţi de gestiune, apare uneori nevoia de a identifica limitele ecosistemului. Mijloacele prin care se poate face acest lucru nu sunt unanim acceptate, pentru că identificarea limitelor între unităţile ecologice nu este uşor de făcut. În anumite cazuri, limitele sunt de natură fizică, uşor de remarcat din configuraţia biotopului. Astfel, un lac este adesea intuitiv considerat un ecosistem având contururi destul de evidente prin linia ţărmului, care constituie limita de demarcaţie faţă de ecosistemele terestre învecinate. Dar, în realitate, linia

123

Structura ecosistemului

ţărmului este în continuă schimbare datorită fluctuaţiilor de nivel, iar în mediile puţin adânci există o zonă de tranziţie, slab definită spaţial, între mediul acvatic şi mediul terestru. În acest context, se admite existenţa unor zone de discontinuitate între două ecosisteme învecinate, zone care sunt percepute de observator drept zone de tranziţie. În literatura de specialitate astfel de zone sunt desemnate prin termenul de ecoton, care acoperă şi alte formulări: interfaţă, bordură, zonă de frontieră, Ecoton - zonă de tranziţie zonă de contact etc. - interfaţă Încă din 1897, Clements defineşte ecotonul ca zonă de - bordură frontieră între două asociaţii sau două comunităţi vegetale, - frontieră unde au loc procese de schimb şi relaţii de competiţie între - zonă de contact populaţiile din biocenozele vecine. Mai târziu, în 1971, Odum revine asupra problematicii de delimitare, sugerând faptul că în zonele de ecoton apar nu numai specii din comunităţile învecinate, dar şi specii caracteristice. Indiferent de conţinutul care s-a atribuit noţiunii de ecoton, respectiv particularităţile identificate în astfel de spaţii, se pot desprinde următoarele concluzii: - un ecoton nu este o zonă statică de contact între două comunităţi. El este caracterizat de o dinamică proprie şi are proprietăţi specifice, iar limitele spaţiale variază şi ele; - ecotonul nu este o entitate fizică izolată. El face parte dintr-un peisaj astfel că formează zone de tranziţie între ecosisteme învecinate, având un ansamblu de caracteristici definite în mod unic prin scările de timp şi de spaţiu şi prin forţa de interacţiune între sistemele ecologice adiacente; - ecotonul poate influenţa fluxul de materie sau de organisme între entităţile ecologice adiacente. Acest rol de filtru chimic şi biologic a fost studiat cu deosebire în cazul pădurilor riverane, cum sunt, de exemplu, pădurile de mangrove. În cazul ecosistemelor terestre, ecotonul se identifică pe orizontală, definirea lui având la bază modificarea structurii fitocenozei. O altă observaţie interesantă este faptul că, ecotonul este mai larg în sol decât pe suprafaţa acestuia, deoarece fauna solului migrează pe orizontală numai după ce Ecoton se extind şi locurile în care se găsesc condiţii favorabile orizontal pentru dezvoltarea animalelor edafice. Ecotonul poate să fie identificat şi pe verticală. Astfel, de-a lungul apelor curgătoare există un compartiment fluvial subteran, cu grosimi care variază în limite largi. Această zonă hiporeică, formată dintr-un amestec de pietriş, nisip şi argilă ocupă toată

124

Ecologie generală

câmpia fluvială şi adăposteşte, în interstiţiile sale, o întreagă lume vie, de la bacterii la nevertebrate. Tipul ecosistemelor care se învecinează influenţează intensitatea şi sensul fluxurilor dintre cele două entităţi. Astfel, în ecotonul Sensul şi teren cultivat (cereale) – pajişti, fluxul schimbului de specii este îndreptat intensitatea dinspre pajişti spre terenul cultivat cu cereale, dat fiind biocenoza fluxurilor „incompletă”, cu numeroase nişe ecologice neocupate din ecosistemul dintre agricol. ecosisteme La nivel regional, zona de silvostepă sau Sahelul sunt considerate având caracterul unei zone de tranziţie, deci ale unui ecoton, de data aceasta între două biomuri. Comunitatea biotică a ecotonului reuneşte specii din ambele ecosisteme (biomuri). Astfel, există situaţii în care aceste zone au devenit protejate, întrucât ele au permis supravieţuirea unor specii Ecotonul – relicte. În acelaşi timp, este o zonă de tensiune ecologică şi cu o zonă de stabilitate redusă, deoarece nivelul factorilor ecologici nu atinge tensiune întotdeauna valoarea optimă. De exemplu, în Sahel variaţii relativ ecologică mici în volumul şi repartiţia precipitaţiilor (în sensul scăderii cantităţii lor) conduc la scăderea nivelul resurselor de apă sub limitele de toleranţă pentru speciile caracteristice savanei. Verificarea cunoştinţelor Evidenţiaţi acţiunea filtrului de biotop în diferite tipuri de ecosisteme. Continuaţi analiza pentru ecosistemele în care se manifestă diferite nivele ale poluării. Identificaţi nişele ecologice ale unor specii şi justificaţi importanţa lor pentru menţinerea echilibrului biocenotic. Explicaţi importanţa speciilor caracteristice. Identificaţi astfel de specii în ecosistemele cunoscute. Zonele de ecoton constituie spaţii de manifestare a unei tensiuni ecologice. Justificaţi, prin aplicarea legii toleranţei şi a legii minimului la nivelul Sahelului şi a altor zone de ecoton. Analizaţi structura trofică în ecosistemul pădurii de molid. Identificaţi „intersecţiile” trofice. Plecând de la piramidele trofice, deduceţi câteva concluzii privind structura trofică. Explicaţi menţinerea echilibrului biocenotic în aceste condiţii. Identificaţi factorii ecologici independenţi, imperfect dependenţi şi perfect dependenţi de densitate într-un ecosistem de lac. Descrieţi o populaţie folosind indicatorii care reflectă statica populaţiei.

125

6. FUNCŢIILE ECOSISTEMULUI

6.1 Productivitatea biologică 6.2 Circulaţia substanţei 6.3 Echilibrul ecologic

- entropizare - producţie biologică - eficienţă ecologică - coeficient de descompunere - stabilitate

- autoreglare - diversitate - rata productivităţii - emergie - idiosincrasie

Obiective ) Însuşirea exprimării energetice a biomasei ca modalitate de cercetare a ecosistemelor din punct de vedere al productivităţii ) Evidenţierea caracteristicilor energetice în ecosistem prin aplicarea principiilor termodinamicii şi însuşirea modalităţilor de determinare a valorii energetice pentru diferite tipuri de biomase ) Evidenţierea componentelor eficienţei ecologice şi a variaţiei acestora pentru diferite elemente ale ecosistemelor ) Particularizarea circulaţiei elementelor biogene în ecosistemele terestre şi acvatice ) Înţelegerea determinismului care concură la menţinerea stabilităţii, a echilibrului ecologic, pentru a se crea reperele necesare în raportarea efectelor antropice

126

Ecologie generală

6.1 Productivitatea biologică 6.1.1 Valoarea energetică a biomasei Din punct de vedere energetic, ecosistemele respectă strict legile termodinamicii. Astfel, conform principiului întâi (legea conservării), energia totală a sistemului este menţinută constantă. Energia care traversează ecosistemul poate fi convertită într-o formă sau alta (de exemplu, din energie radiantă solară în energie Termodichimică), dar ea nu poate fi niciodată distrusă sau creată. namica Organismele îşi desfăşoară viaţa utilizând energia liberă sistemelor vii (radiantă, chimică) pe care o convertesc în diferite forme de lucru mecanic şi energie chimică. Cu toate acestea, energia unui nivel trofic, indiferent de tipul şi numărul speciilor din ecosistem, nu reprezintă mai mult de 10% din cantitatea de energie înglobată de nivelul inferior. Diferenţa rezultată se regăseşte la nivelul ecosistemului, dar într-o formă nedisponibilă – energie legată – rezultând din acumularea energiei calorice eliberate în cazul oricărei transformări energetice. În fiecare transformare o fracţiune din energia liberă este Entropizare degradată sub formă de căldură, adică, conform principiului al doilea al termodinamicii (legea entropiei), are loc producere de entropie (fig. 6-1).

Consumatori

CO2 atmosferic

Descompunători

Producători

Material carbonic de deşeu

- flux de energie liberă - flux de carbon

Radiaţia solară

Fig. 6-1 Fluxurile de energie liberă şi de carbon într-un ecosistem (după Mărgineanu, 1982)

127

Funcţiile ecosistemului

Forma primară de energie liberă, pentru toată biosfera, este radiaţia electromagnetică din spectrul vizibil al luminii solare. Organismele foto-lito-trofe (fotosintetizante) pot converti Compuşii energia electromagnetică în energie chimică, stocată în compuşii organici – organici, iar aceasta este unica formă sub care circulă energia liberă „rezervoare” între diferitele specii care alcătuiesc un sistem ecologic. Fluxul de de energie chimică energie liberă antrenează şi face posibile fluxurile ciclice ale oxigenului, carbonului, azotului etc. Deoarece un ecosistem constă din ansamblul organismelor (biocenoza) împreună cu mediul lor natural, ecosistemul include rezervorul de dioxid de carbon atmosferic, cât şi materialul carbonic mort şi de deşeu, ceea ce face ca acest element să aibă o circulaţie ciclică interconectată cu transferul, fluxul energetic. Vehicularea se face de la producătorii primari la consumatori şi apoi la descompunători prin substanţele organice, carbon şi energie liberă. Stocul de substanţă vie existent la un moment dat în biocenoze se poate exprima prin greutatea totală sau energia biochimică totală, raportată la unitatea de suprafaţă.1

Biomasa reprezintă cantitatea de substanţă organică prezentă la un moment dat în ecosistem. Aceasta se compune din masa tuturor organismelor vii (standing crop), la care se adaugă necromasa, respectiv resturile moarte ale organismelor,

încă nemineralizate. Biomasa se realizează în cadrul unui proces complex de producţie biologică.

Funcţia energetică

Exprimare energetică

1

Rezultatul funcţiei energetice şi al funcţiei de circulaţie a materiei este producţia, respectiv productivitatea biologică a ecosistemelor. Universalitatea biologică de reacţii care concentrează energia, împreună cu universalitatea macromoleculară a tuturor organismelor face ca diferitele lanţuri trofice dintr-un ecosistem să fie interconectate într-o reţea trofică prin care circulă energie chimică. În limbajul comun, circulaţia energiei chimice înseamnă consumarea (prădarea, parazitarea) unor indivizi dintr-o specie, de către alţi indivizi din specii diferite. În procesul producţiei biologice, la plante şi animale se înregistrează intrări şi ieşiri de substanţe diferite. Astfel, sporul de biomasă de un kilogram la o plantă verde nu este echivalent cu o cantitate similară la mamifere. Ambele biomase includ şi substanţe organice, bogate energetic şi substanţe anorganice, sărace sub acest raport. Dar proporţiile între cele două categorii, ca şi între substanţele organice fundamentale, sunt diferite. Din această cauză

Stugren, B., Bazele ecologiei generale, Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică, 1989, p. 135

128

Ecologie generală

Variaţia de entropie prin combustie izobară

s-a convenit a se utiliza, cu prioritate, exprimarea energetică a biomaselor realizate prin producţie pentru a se putea compara diferitele populaţii din acest punct de vedere.2 Faptul că prin reacţiile metabolice oxidative este mobilizată energia chimică din alimente permite ca valoarea energetică a acestora să fie determinată prin măsurători calorimetrice, care dau variaţia de entropie (∆H) produsă prin combustia izobară a biomasei respective. Variaţia de entropie depinde de proporţiile de proteine, lipide, glucide, existente în biomasa respectivă. Notând cu fprot, flip, fgl fracţiunile din aceste substanţe în unitatea de biomasă uscată, variaţia de entropie prin combustia biomasei este:3

∆H = fprot(∆Hprot) + flip(∆Hlip) + fgl(∆Hgl)

Variaţia de entropie: Proteine –

În relaţia de mai sus, ∆Hprot, ∆Hlip, ∆Hgl reprezintă căldura de combustie izobară a câte un gram de proteine, lipide, respectiv glucide, luate în stare deshidratată. Suma fracţiunilor celor trei componente este 100%, astfel că: fprot + flip + fgl = 1, unul din coeficienţi putând fi eliminat din formula variaţiei de entropie, care devine:

∆H = fprot(∆Hprot) + flip(∆Hlip) + (1 – fprot – flip)(∆Hgl)

Mediindu-se valorile obţinute pentru proteine, lipide şi glucide provenite din diferite tipuri de biomasă, atât vegetală, cât şi animală, se consideră, în mod estimativ: ∆H prot = 23.1 kj/g; ∆H lip = 39.1 kj/g; ∆Hgl = 17.2 kj/g Introducând aceste valori în relaţia precedentă, rezultă o formulă simplă cu ajutorul căreia se poate calcula valoarea energetică a unei biomase oarecare, pe baza cunoaşterii compoziţiei ei. Formula menţionată mai sus are meritul de a releva diferenţele energetice între biomasa vegetală şi biomasa animală, adică schimbarea produsă prin trecerea biomasei producătorilor primari în biomasa consumatorilor. Reprezentând pe două axe fracţiunile de lipide şi proteine Valoarea (fig.6-2), liniile energetice paralele explică compoziţia pentru energetică a care valoarea energetică a biomasei este aceeaşi. Toate biomasei punctele de pe dreapta care uneşte f lip = 1, f prot = 1, corespund creşte spre absenţei complete a glucidelor. vârful În aceeaşi figură se observă faptul că domeniul în care se piramidei situează plantele este net diferit de domeniul corespunzător trofice animalelor, ceea ce ilustrează superioritatea energetică a biomasei

23.1 kj/g Lipide – 39.1 kj/g Glucide – 17.2 kj/g

2 3

Tufescu, V., Tufescu, M., Ecologia şi activitatea umană, Bucureşti, Editura Albatros, 1981, p. 152 Mărgineanu, D.G., Energetica lumii vii, Edimex Speranţa, 1992, p. 133

129

Funcţiile ecosistemului

animale. Pe de altă parte, valorile energiei degajate la combustia biomasei reprezintă variaţia de entropie la degradarea acesteia până la molecule anorganice, ceea ce face ca ele să exprime nivelele ridicate ale energiei libere, nivele la care se situează materia organică din care au provenit. 1.0

flip

34.5 kj/g

fgl = 0

0.5

0.1

19,0 kj/g

0.1

0.5

fprot

1.0

Fig. 6-2 Dependenţa valorii energetice de compoziţia biomasei în lipide, proteine şi glucide

Energia care rezultă în organismul prădător, prin utilizarea biomasei prăzii, serveşte, în mare parte, pentru întreţinerea şi - metabolism reînnoirea organismului (metabolismul bazal), ca şi pentru bazal diferitele activităţi (de exemplu, locomoţie), aşa încât numai o - procurarea parte relativ mică este stocată în propria biomasă a prădătorului. hranei Deoarece un prădător poate fi consumat, la rândul său, de către un - construirea adăpostului prădător de ordin superior, este clar faptul că, în măsura avansării într-un lanţ trofic, disponibilităţile energetice devin din ce în ce mai mici. 6.1.2 Categorii de productivitate Producţia de biomasă reprezintă una din cele mai grandioase transformări din natură. Volumul energiei implicate în acest proces, dar şi al substanţelor antrenate în circulaţie biogeochimică depăşesc cu mult fluxurile intermediate prin activitatea economică. În sens ecologic, producţia biologică este sporul de biomasă realizat de un sistem biologic (individ, populaţie sau biocenoză) într-un anumit interval de timp. Plantele autotrofe realizează producţia biologică primară, iar consumatorii o producţie biologică secundară. Producători Noţiunea de producţie biologică s-a folosit iniţial în - producţie agricultură şi piscicultură, semnificaţia fiind diferită de înţelesul pe primară care îl reprezintă în studiul ecologic.

130

Ecologie generală

Consumatori producţie secundară

Astfel, în agricultură, se folosesc sintagmele de producţie principală (de exemplu, producţia de boabe, la grâu) şi producţie secundară (paiele de grâu). La porumb, producţia principală este constituită din boabele de porumb, iar producţia secundară – cocenii de porumb. În piscicultură, prin producţie biologică se înţelege numai cantitatea pescuită pe un anumit teritoriu.

Cuantumul de creştere a stocului de biomasă la unitatea de suprafaţă în unitatea de timp reprezintă productivitatea biologică. Totodată, poate fi considerată şi drept substanţa organică (biomasa) din cuprinsul unui ecosistem care se acumulează într-o unitate de timp şi spaţiu.

Rata productivităţii

În moleculele organice proprii unui organism sau unei biocenoze este stocată, o cantitate de energie care reprezintă producţia de energie. Într-o unitate de timp, prădătorii (o forţă externă) pot îndepărta un cuantum de substanţă organică, care reprezintă de fapt recolta. Rata productivităţii unui nivel trofic redă eficienţa în raport cu nivelul trofic anterior. Dacă ne referim la rata din punctul de vedere al substanţei se obţine formula:

B + Q > B+ ∆Β,

în care:

B – stocul de biomasă pe un nivel trofic oarecare în momentul t0; ∆B – sporul de biomasă obţinut după ∆t Q – cantitate de hrană acceptată de la nivelul inferior.

Productivitate brută Productivitate netă

Aceasta se explică prin aceea că o parte din hrană a fost utilizată pentru desfăşurarea proceselor fiziologice ale organismului. Atât pentru productivitatea primară, cât şi pentru productivitatea secundară se face o diferenţiere între valorile brute şi valorile nete. Astfel, în cazul producătorilor, valoarea brută semnifică cantitate de substanţă organică obţinută prin fotosinteză, iar valoarea netă este dată de cantitatea rămasă după ce o parte s-a consumat în procesele de respiraţie. Pentru consumatori, sporul de greutate individual reprezintă productivitatea brută, iar productivitatea netă rezultă prin scăderea din aceasta a materialelor neasimilabile şi cataboliţilor sub formă de fecale, urină, transpiraţie, dioxid de carbon etc. 6.1.3 Eficienţa ecologică Un alt parametru important pentru caracterizarea ecosistemului sub aspectul productivităţii îl reprezintă eficienţa ecologică, dependentă de trei componente: sursa de energie,

131

Funcţiile ecosistemului

randamentul de exploatare (valorificare a resurselor de energie (hrană), randamentul de asimilare a energiei (hranei) şi de randamentul producţiei nete. Pentru producţia primară eficienţa ecologică constă în raportul dintre energia consumată pentru fotosinteză şi energia primită. Pentru consumatori, eficienţa ecologică este dată de raportul dintre producţia populaţiei de pe nivelul trofic „n” şi producţia a populaţiei de pe nivelul inferior („n-1”). Eficienţa ecologică evidenţiază randamentul transferului de energie de la un nivel trofic la altul, având în vedere hrana (energia) pe care a avut-o la dispoziţie o populaţie, un nivel trofic. Mărimea eficienţei depinde de structura nivelurilor trofice. Astfel, diversitatea mai mare a speciilor pe Diversitate un anumit nivel trofic permite o valorificare mai completă, ridicată – mai eficientă a disponibilităţilor de hrană. eficienţă sporită Variaţia componentelor eficienţei ecologice evidenţiază perfecţionarea posibilităţilor de utilizare spre vârful piramidei trofice, pe măsură ce are loc o îmbunătăţire în calitatea hranei, în sensul concentrării energiei libere. Variaţia celor trei componente se prezintă astfel: Eficienţa valorificării, È pentru producători, reprezintă raportul dintre energia solară absorbită (Ea) şi energia solară incidentă, unde valoare medie este de 0.5. Producător È pentru consumatori, constituie raportul dintre energia ingerată şi energia disponibilă. La animalele fitofage şi zoofage are Consumato valori mai ridicate decât la plante, având în vedere faptul că sursa lor de energie este mult mai concentrată şi de aceeaşi formă (energie chimică). Pe aceleaşi considerente, eficienţa sporeşte pe măsură ce înaintăm în lanţul trofic. Eficienţa asimilării, È la producători, este raportul dintre producţia primară brută (PPB) şi energia absorbită (Ea), unde valoarea medie este de 0.004, iar valoarea maximă de 0.01 (eficienţa asimilării); Producător È la animale, reprezintă raportul dintre energia asimilată şi energia ingerată. Valoarea acesteia depinde foarte mult de Consumator calitatea hranei, dar şi de nivelul trofic pe care se situează consumatorul. Astfel, în ecosistemele terestre, la animalele xilofage (care se hrănesc cu lemn) este de 15%, la cele care se hrănesc cu frunze şi lăstari tineri - 40%, ajungând la 80% pentru animalele granivore; la prădătorii de talie medie, în

132

Ecologie generală

special la insectivore, este cuprinsă între 60 şi 80% (chitina din structura scheletului extern este greu digerabilă), ajungând în jur de 90% la carnivorele tipice (lup, râs, leu, leopard etc.). Eficienţa producţiei nete È este dată pentru producători de raportul dintre producţia primară netă (PPN) şi producţia primară brută (PPB), unde valorile variază între 0.4 şi 0.85, respectiv 40-85% (eficienţa producţiei nete). Producător È pentru consumatori este raportul dintre producţia de biomasă şi Consumator cantitate de energie asimilată. Acest indicator înregistrează valori mai ridicate la consumatorii fitofagi, comparativ cu animalele carnivore. Abundenţa hranei pentru cei din prima categorie şi necesitatea deplasării şi a prestării de efort suplimentar pentru procurarea hranei în cazul celor dintr-a doua explică aceste valori. Determinarea acestor valori poate ridica, în anumite situaţii, probleme de ordin tehnic. Astfel, cantitatea hranei asimilate se Cuantificare deduce din relaţia alimente ingerate – dejecţii. Energia dejecţiilor este uneori mai dificil de cuantificat decât energia hranei asimilate, mai ales în cazul erbivorelor rumegătoare, unde gazele de fermentaţie care se formează în stomac au o valoare energetică importantă. 6.1.4 Factori de influenţă În cazul în care unul din factorii ecologici este în cantitate/intensitate prea mică, nivelul productivităţii nu va putea creşte decât în limitele determinate de acest factor (limitativ), iar depăşirea nivelului optim va determina scăderea productivităţii. Productivitatea va creşte în măsura în care factorii ecologici se găsesc în cantităţi şi proporţii optimizate, conform legilor de acţiune a factorilor ecologici (legea minimului, legea toleranţei). Fondul de substanţe abiotice din mediu Acestea sunt reprezentate de substanţele anorganice din sol, utile şi accesibile plantelor (inclusiv apa, ca solvent) şi dioxidul de Nutrienţi carbon din atmosferă, ca factori determinanţi pentru productivitatea CO2 primară. Dioxidul de carbon provine din respiraţia plantelor, Apă animalelor şi bacteriilor, iar o mare parte din nutrienţi au ca sursă excrementele animalelor sau rezultă din descompunerea lor sau a plantelor moarte. Disponibilizarea substanţelor minerale este legată însă de favorabilitatea condiţiilor pentru activitatea microorganismelor.

133

Funcţiile ecosistemului

Condiţiile de climă

Energie radiantă Temperatură Apă

influenţează cantitatea de energie primită în ecosistem, accesibilitatea resurselor de apă, regimul termic. Variaţia acestor elemente în cursul unui an determină modificări în nivelul productivităţii primare a ecosistemului, cu implicaţii complexe asupra activităţii celorlalte organisme, constituindu-se în elementul determinant al ritmului sezonier. În aceeaşi măsură, variaţia spaţială diferenţiază nivele de productivitate ale ecosistemelor din diferite regiuni geografice. Astfel, în zonele calde, cu un nivel ridicat al radiaţiei solare, precum şi cu precipitaţii abundente, s-au dezvoltat cele mai productive ecosisteme – pădurile tropicale.

Tipul de metabolism Acest factor reflectă capacitatea producătorilor primari de a valorifica resursele de substanţă şi energie. Corespunzând unei etape filogenetice târzii, unele plante sunt mai eficiente în concentrarea energiei, determinând la nivelul întregului ecosistem un flux de energie mai intens, o productivitate biologică mai mare. Astfel, pe baza metabolismului carbonului în sinteza glucidelor, plantele se împart în trei categorii: plante cu metabolism tip C3, plante cu metabolism tip C4 şi plante cu metabolism tip CAM (cadrul nr. 6-1). Cadrul nr. 6-1 Metabolismul carbonului

Plante tip C3. Primul produs stabil al fotosintezei este acidul fosfogliceric, cu trei atomi de carbon. În acest grup se încadrează majoritatea plantelor lemnoase, speciile din familia Leguminosae, numeroase plante cultivate (grâu, orez, cartof etc.). Plantele tip C4 sunt reprezentate de unele specii cultivate – trestie de zahăr, porumb, sorg – şi numeroase specii erbacee din regiunile tropicale. Primul produs stabil în urma fotosintezei cuprinde patru atomi de carbon. Aceste plante utilizează mai eficient dioxidul de carbon din aer, respectiv energia solară. Speciile din această grupă reprezintă mai puţin de 2% din plantele superioare, dar realizează 10-15% din producţia globală de biomasă. Plante de tip CAM. Acest tip de metabolism este caracteristic plantelor din grupa cactuşilor şi reprezintă o adaptare la condiţiile unui mediu arid. Mecanismul de fixare a carbonului este asemănător cu cel al plantelor tip C4, cu deosebirea că absorbţia dioxidului de carbon se face noaptea, pentru a se evita pierderile de apă prin ostiole în timpul zilei, atunci când temperaturile sunt foarte ridicate. Coeficientul de descompunere reprezintă raportul dintre producţia de biomasă (biosinteză) şi cantitatea descompusă (mineralizare), respectiv raportul dintre cantitatea de energie fixată prin fotosinteză şi cantitatea de energie disipată. În pădurile tropicale, unde al doilea proces se desfăşoară

134

Ecologie generală

cu intensităţi ridicate, se asigură fondul de substanţe uriaş necesar pentru realizarea celui mai ridicat nivel al productivităţii ecosistemelor. Migraţiile

Diferenţierea productivităţii

produc modificări în valoarea productivităţii, fără însă ca sporul/diminuarea cantităţii de biomasă să fie rezultatul manifestării funcţiilor ecosistemului, ci prin transferul biomasei în diferite ecosisteme. Valorile productivităţii se diferenţiază în funcţie de unitatea spaţială. Pe unităţi geografice mari, nivelul productivităţii primare variază între 0.5 şi >20g/m2/zi (tabelul nr. 6-1). Pe tipuri de ecosisteme, producţia primară variază conforma datelor din tabelul nr. 6-2.

Tabelul nr. 6-1 Productivitatea biologică primară pe unităţi geografice Nr. Valorile productivităţii Felul regiunii crt. (g/m2/zi) 1.

Mări şi oceane*

0.1-0.5

2.

Formaţiuni erbacee, păduri, litoral semiaride

0.5-3.0

3.

Păduri umede, lacuri de mică adâncime, zonele agricole

3.0-10.0

4.

Estuare, recife coraligene, ecosisteme cu biotop aluvial, culturi intensive

>20.0

* g/m3/zi

Tabelul nr. 6-2 Producţia primară pe tipuri de ecosistem Nr. Tipul de ecosistem crt. 1.

Deşerturi subtropicale şi tropicale

2.

Deşerturi polare, soluri sărate

3.

1), ecosistemele sunt considerate tinere. Stadiul poate fi natural, cum este cazul tufărişurilor de zmeură dezvoltate în Munţii Harghita în urma doborâturilor de vânt, sau menţinut prin intervenţia omului pentru a asigura o producţie mare de biomasă (ecosisteme agricole, acvaculturi, plantaţii forestiere). Raportul unitar indică un ecosistem matur. Aparent, pădurile sunt ecosisteme care corespund acestui criteriu, deşi studiile de fitosociologie au evidenţiat modificări continue, oscilaţii în jurul acestei stări. Intensificarea proceselor de consum, de descompunere determină un raport subunitar şi este caracteristic ecosistemelor

155

Ecologie generală

senescente. Etapa este considerată şi naturală, dar în multe cazuri ea se produce sub influenţa factorilor antropici, în special a poluării. Uscarea pădurilor de conifere în Germania, Austria, Suedia, sub influenţa precipitaţiilor acide, demonstrează astfel de evoluţii. Verificarea cunoştinţelor Ce tipuri de modificări se produc la nivelul biocenozei ca urmare a schimbărilor ritmice şi aritmice? Care este semnificaţia ecologică a segregării produse la nivelul nişelor în fazele de lumină şi de întuneric? Descrieţi etapele succesionale pe baza schimbărilor structurale, energetice şi informaţionale care se petrec la nivelul ecosistemului. Care sunt categoriile de ecosisteme delimitate pe baza economiei energetice? Descrieţi un ecosistem din acest punct de vedere. Analizaţi diversificarea ecosistemelor pe baza particularităţilor biotopului. Faceţi aprecieri asupra categoriilor de ecosisteme identificate astfel.

156

157

8. ECOSISTEME NATURALE

8.1 Origine şi evoluţie 8.2 Ecosisteme terestre 8.3 Ecosisteme acvatice 8.4 Efectele activităţilor social-economice

- anaerob - autotrof - pădure - funcţii ecologice - eroziune

- plaur - lentic/lotic - necton - plancton - grind

Obiective ) Perceperea ecosistemelor ca sisteme evolutive, generatoare şi transformatoare ale mediului de viaţă, caracterizate de o continuă perfecţionare prin creşterea eficienţei utilizării resurselor ) Identificarea mecanismelor ecologice în ecosistemele de diferite tipuri, pe baza corelării cu disponibilitatea resurselor de mediu ) Însuşirea funcţiilor ecologice ale ecosistemului de pădure şi corelarea acestora cu presiunea antropică la diferite scări spaţiale ) Fixarea reperelor structurale necesare în analiza ecosistemelor acvatice ) Cunoaşterea particularităţilor care definesc spaţiul ecologic în România la nivelul mediului terestru şi acvatic

158

Ecologie generală

8.1 Origine şi evoluţie Ecosistemele naturale s-au constituit treptat şi după o anumită distanţă în timp faţă de apariţia primelor vieţuitoare, a Un singur protobiontelor. nivel În prima perioadă, care a urmat evoluţiei chimice, trofic – organismele de tipul bacteriilor nu au format ecosisteme în bacterii adevăratul sens al acestui concept. Bacteriile primitive erau anaerobe anaeorobe, iar sursa existenţei lor era substanţa organică din oceanul primar, sintetizată prin procese abiotice. Bacteriile constituiau un singur nivel trofic a cărui existenţă depindea de substanţa organică din mediu. Iniţial, mediul era numai de origine abiotică, dar, după formarea primelor celule procariote, a bacteriilor anaerobe primitive, aproximativ acum 3.5 miliarde de ani, o parte din substanţa organică a Oceanului planetar trebuie să se fi datorat Racorda- acestora. rea la În consecinţă, într-o lungă perioadă, aproximativ 500 energia milioane de ani, pe Pământ nu au existat ecosisteme similare celor solară actuale, deoarece viaţa nu se diversificase. Mai târziu, au apărut bacteriile fotosintetizatoare. Apariţia acestora a însemnat racordarea sistemului global al vieţii la o sursă de energie, lumina solară, practic inepuizabilă. Prin apariţia bacteriilor fotosintetizatoare, lumea vie se scindează în două grupe complementare de organisme: a) vieţuitoare autotrofe, capabile să sintetizeze substanţe organice din substanţe anorganice prin mijlocirea luminii solare; b) vieţuitoare heterotrofe, care utilizează substanţele organice, neputând efectua sinteza lor din substanţe anorganice.

Categorii complementare de organisme: autotrofe şi heterotrofe

După apariţia bacteriilor fotosintetizatoare şi a fotosintezei, majoritatea bacteriilor anaerobe s-au adaptat unei viţei heterotrofe, devenind organismele din care, ulterior, s-a format grupa însemnată a descompunătorilor. Prestaţia acestora în viaţa ecosistemelor actuale, în special la nivelul solului, şi în viaţa ecosferei în ansamblu, este de prim ordin, contribuind esenţial la împlinirea ciclurilor biogeochimice. Formarea Scindarea în cele două grupuri de organisme a dus la nivelurilor promovarea genezei relaţiilor mai complexe dintre organisme, la trofice înfiriparea celor mai simple ecosisteme alcătuite din producători fundaprimari (bacteriile fotosintetizatoare) şi destructori (bacteriile mentale anaerobe, consumatoare de substanţă organică moartă).

159

Ecosisteme naturale

Extinderea spaţiului de viaţă

Apariţia prădătorilor, a celulelor consumatoare de alte celule, aproximativ cu 1.5 miliarde de ani în urmă, a deschis posibilitatea formării unor ecosisteme naturale similare celor actuale, cu cele trei nivele trofice fundamentale: a) nivelul producătorilor primari – reprezentat atunci de alge verzi, albastre etc.; b) nivelul consumatorilor – constituit din protozoare prădătoare; c) nivelul descompunătorilor – reprezentat de bacterii heterotrofe, aerobe şi anaerobe. În cursul acestei evoluţii sunt valorificate cele mai variate resurse, fiind populate diverse biotopuri la care speciile s-au adaptat. Astfel, comunităţile biotice se instalează pe suprafaţa uscatului, în subteran, la diverse adâncimi şi în ape dulci sau sărate, curgătoare sau stagnante. Deşi funcţionarea acestor ecosisteme se realizează pe baza unor principii similare, tratate anterior, între ele există deosebiri semnificative în ceea ce priveşte modul de organizare.

8.2 Ecosistemele terestre

Asociaţii vegetale

Temperatură Resurse de umiditate

Prezenţa substratului solid şi disponibilitatea pentru organismele autotrofe, mediul fluid format de aer, caracterizat de un regim specific al temperaturii şi umidităţii, sunt elemente care diferenţiază categoria ecosistemelor terestre. Subtipurile identificate în această categorie s-au delimitat plecând de la asociaţia de specii vegetale, întrucât aceasta este aparentă şi contribuie la edificarea peisajelor specifice. În acest context, prezenţa speciilor lemnoase este un indicator important de diferenţiere, care împarte categoria în păduri, tufărişuri şi pajişti. Formarea unor asociaţii de arbori (alcătuite din plante lemnoase cu tulpină unică) este condiţionată de disponibilitatea unor resurse, dar şi de anumite condiţii. Primul factor care condiţionează răspândirea pădurii este temperatura, iar apoi resursele de umiditate. Astfel, pădurile se pot forma începând cu zonele unde se înregistrează cel puţin 60 de zile pe an cu temperaturi medii zilnice mai mari de 10°C. Între aceste limite, repartizarea pădurilor depinde de bilanţul hidric din sol, respectiv de repartizarea cantităţii anuale a precipitaţiilor. De exemplu, în condiţiile climatului temperat-continental din

160

Ecologie generală

România, răspândirea pădurilor va urmări izohietele anuale de 500 mm.1 8.2.1 Pădurea

Pădurea – fiinţă colectivă

Prototipul structural şi funcţional al ecosistemelor naturale îl constituie pădurea, fiindcă nici o altă unitate de lucru din ecosferă (biosferă) nu întruneşte, în aceeaşi măsură, toate elementele alcătuitoare într-o stare de maximă stabilitate, în pofida extremei complexităţi şi diversităţi. În interiorul pădurii pot fi identificate diverse laturi ale complicatei arhitecturi pe care o înfăţişează un ecosistem natural, fiindcă pădurea este, înainte de toate, o fiinţă colectivă, cea mai grandioasă din câte există, înviorată de viaţă proprie, închegată, la rându-i, din milioane de viţei individuale, cât se poate de diverse, care impresionează copleşitor şi într-un fel unic spiritul omenesc.2

Coronament

Arbuşti Covor erbaceu Litieră

Molidiş amenajat

Pădure de foioase naturală

Fig. 8-1 Etajarea vegetaţiei în pădurile de conifere şi de foioase (după, Reichholf, 1999)

Bran, Florina, Ioan, Ildiko, Trică, Carmen, Eco-economia ecosistemelor şi biodiversitatea, Bucureşti, Editura ASE, 2004, p. 43 2 Bran, Florina, Ecologie generală şi protecţia mediului, Bucureşti, Editura ASE, 2002, p. 137 1

161

Ecosisteme naturale

Ecosistemul de pădure (forestier) manifestă o tendinţă de maximizare a stabilităţii prin optimizarea structurii biocenozei, creşterea complexităţii relaţiilor biocenotice şi a diversităţii genetice a populaţiilor din cadrul fiecărei comunităţi de viaţă, întărirea controlului exercitat de biocenoză asupra biotopului, sporirea eficienţei ecologice a sistemului.3 Legile generale de organizare şi funcţionare a pădurii sunt:4 existenţa etajelor complex alcătuite, în care se asociază plante şi animale care se dezvoltă sub influenţa a numeroşi factori – climatici, edafici, geomorfologici; rolul preponderent, sub aspect fizionomic şi funcţional, al arborilor în viaţa pădurii; existenţa ansamblului integrat, unitar al plantelor, animalelor şi condiţiilor de viaţă ale pădurii, în cadrul căruia au loc permanent interferenţe, influenţe reciproce. Etajele de vegetaţie, care formează adevărate subsisteme de viaţă intercondiţionate funcţional (straturi ecologice), sunt reprezentate de: arboret (etajul arborilor, al coronamentului), cu rol fundamental în transferul de substanţă şi energie, întrucât asigură Structură intrările energetice pentru întregului ecosistem; subarboretul şi etajată pătura erbacee. La acestea se adaugă litiera şi solul, în care predomină componentele anorganice (fig. 8-1). Totodată, existenţa unor condiţii ecologice particulare determină formarea a numeroase microcenoze (consorţii). Hotărâtor în viaţa ecosistemului de pădure este ecranul continuu şi compact al frunzişului, constituit de coronamentele arborilor, care reprezintă o suprafaţă activă de reglare a unor factori Coronade biotop – calitatea şi intensitatea luminii, cuantumul căldurii şi mentul – determinant precipitaţiilor, viteza şi intensitatea vântului etc. climatic În planul opus, la nivelul solului, întrepătrunderea şi etajarea accentuată a sistemelor de înrădăcinare a vegetaţiei influenţează disponibilitatea substanţelor minerale şi a apei. Ra portul între producţia de biomasă şi consumul acesteia este unitar, deoarece au loc în permanenţă procese de creştere, ca o Producţie/ rezultantă a sintezelor şi consumului metabolic, precum şi procese Consum = 1 de diminuare a masei vegetale active prin eliminarea naturală,

Creşterea intensităţii controlului biocenotic

3

4

Giurgiu, V., Funcţiile ecoproductive ale pădurii şi gestionarea ei pe baze ecologice, Bucureşti, Editura Academiei RSR, 1989, p. 133 Stănescu, V., Parascău, D., Pădurea în concepţia ecosistemică. Probleme actuale şi de perspectivă în volumul Probleme moderne de ecologie, Bucureşti, Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, 1982, p. 214

162

Ecologie generală

pierderi întâmplătoare etc., pe baza legilor echilibrului dinamic şi ale mecanismelor de autoreglare. Funcţionalitatea ecosistemului forestier este completată cu participarea directă a zoocenozei, fauna înregistrând informaţia habitatului pe cale trofică şi contribuind, prin influenţa exercitată, la menţinerea echilibrului ecologic. La nivelul României, în categoria pădurilor se deosebesc mai multe grupe de ecosisteme. Dintre acestea, cele mai importante sunt pădurile de molid, fag şi stejar. Pădurea de molid Se situează în etajul bioclimatic boreal, la altitudinea de 1 200-1 700m, coborând până la 700 m în depresiunile intracarpatice din Carpaţii Orientali. Biotop: relief frământat, versanţi cu înclinări şi expoziţii foarte variate; climă rece (tma* = 1-4°C) şi umedă (800-1 200 mm/an), substrat divers (şisturi cristaline, roci sedimentare, eruptive, sedimente recente etc.) pe care s-au format soluri podzolite (acide).

Fig. 8-2 Circulaţia materiei în ecosistemul de pădure (după Reichholf, 1999)

Biocenoză: producătorii sunt reprezentaţi, în principal, de arbori între care predomină molidul (Picea abies). Stratul de arbori este, de regulă, închis, astfel încât sub coroane pătrunde puţină lumină şi căldură, iar o proporţie importantă a precipitaţiilor este reţinută. Înrădăcinarea superficială expune arboretul la acţiunea vânturilor puternice (de altfel, caracteristice acestui etaj climatic). Subarboretul este slab reprezentat, numai la marginea masivelor, prin soc roşu, caprifoi, coacăz etc. Plantele erbacee sunt, de cele mai multe ori, absente, fiind înlocuite de un strat aproape continuu de muşchi. *

temperatura medie anuală

163

Ecosisteme naturale

De la baza trofică pornesc lanţuri trofice care valorifică cetina, scoarţa, seminţele şi fructele, lemnul, consumatorii primari fiind, în general, insecte, păsări (cocoşul de munte), mamifere (pârş, şoareci). Pe al doilea nivel trofic regăsim păsările insectivore (ciocănitori), carnivore (şorecar) sau mamifere (jder, râs, lup etc.). Acestora li se adaugă microorganisme (ciuperci de micoriză), dar şi erbivore mari (cerbi) sau omnivore (mistreţ, urs etc.) şi organismele care compun lanţurile detritivore. Pădurea de fag Aparţine etajului nemoral, la 600-1 300 m, putând coborî sau urca în funcţie de topoclimă (văi adânci – 100 m; versanţi însoriţi – 1 650m). Biotop: relief variat, în care predomină versanţii cu diferite înclinări şi expoziţii, climat răcoros (tma = 4.2-9.0°C) şi destul de umed (800-1 000 mm/an). Substratul făgetelor din Carpaţii Meridionali şi Occidentali este format din şisturi cristaline, iar în Orientali din roci sedimentare de fliş (marne, gresii, calcare); soluri brune acide şi brune de pădure. Biocenoză: Producători. Specia dominantă a arboretului este fagul (Fagus silvatica), coroanele constituind, în perioada de vegetaţie, un ecran puţin penetrat de lumină. Înrădăcinarea este profundă, arborii fiind expuşi la doborâturi numai în regiunile cu soluri pseudogleizate. Subarboretul apare prin prezenţa de exemplare izolate de soc roşu, caprifoi, tulichină sau prin puieţii de fag de diferite vârste. La nivelul solului, se remarcă numeroase specii cu înflorire timpurie (înainte de înfrunzit): ciuboţica cucului, ghiocel, vinariţă, laptele cucului etc. Grupa consumatorilor este mai diversificată, depinzând de biomasa produsă de specia dominantă (fructe, scoarţă, jir, lemn), dar şi de celelalte specii vegetale. Primul nivel trofic este format din insecte (omizi defoliatoare, afide, insecte miniere, cari, molii etc.) şi diverse granivore (păsări, mamifere). Consumatorii de ordinul doi sunt insecte parazite, păsări, mamifere. Covorul erbaceu susţine mamifere mari cum sunt mistreţul, cerbul, căpriorul, ursul. Litiera bogată adăposteşte numeroase detritivore nevertebrate (acarieni, oligochete, larve) precum şi descompunătorii (protozoare, bacterii, ciuperci). Spre deosebire de molidiş, pădurea de fag parcurge, în cursul uni an, mai multe aspecte, de la cel preestival, vernal (cu înflorirea speciilor viorele, spânz, crucea voinicului) la cel estival (cu frunziş complet), autumnal (când are loc colorarea şi apoi căderea frunzişului) şi de iarnă (sub zăpadă). Pădurea de stejar Semnifică, în România, pădurile formate din specii aparţinând genului Quercus (păduri de cvercinee). Cea mai mare întindere o au pădurile de gorun (Q. petraea), urmate de cele de stejar (Q. robur) şi apoi cele de cer şi gârniţă (Q. cerris, Q. frainetto), predominarea speciilor permiţând delimitarea subzonelor menţionate. În aceeaşi ordine cresc exigenţele manifestate faţă de temperatură şi rezistenţa la secetă.

164

Ecologie generală

Biotop: relief cu fragmentare redusă, altitudini de 300-600 m (cu diferenţieri în funcţie de specie), în care predomină versanţii cu pante medii şi mici, alături de suprafeţe plane, platouri, coame etc.; clima este caldă (tma = 7.5-10.0°C) şi relativ uscată (450-850 mm/an), mai ales în a doua jumătate a verii; substratul este format din pietrişuri, nisipuri, argile aluviale, roci sedimentare etc., pe care s-au format soluri brune de pădure tipice, podzolite, acide; brun-roşcate (Oltenia, Banat, Muntenia) sau cenuşii (Dobrogea). Biocenoza: Grupa producătorilor se distinge printr-o mai mare diversitate. Astfel, în etajul arboretului, deşi predomină cvercineele, se găsesc frecvent şi exemplare de carpen, tei, frasin, paltin, jugastru, ulm, precum şi specii de talie mai mică (măr, păr, mojdrean). Arbuştii formează un strat continuu, în care sunt prezente specii precum: gherghinar, corn, lemn câinesc, porumbar, salbă moale etc. Etajul plantelor erbacee este, de asemenea, bine reprezentat, aceste păduri fiind mult mai luminoase. Dintre specii amintim: golomăţ, păiuş, rodul pământului, brebenel, frag, viorea, trifoi roşu, rostopască, ghizdei etc. Şi în rândul consumatorilor se înregistrează o diversitate ridicată, dat fiind şi baza trofică deosebit de variată. Prezenţa insectelor în rândul consumatorilor secundari atestă abundenţa hranei. Se remarcă numeroase lanţuri ale consumatorilor de nectar, polen, flori şi fructe sau seminţe. Dintre păsări putem menţiona: piţigoiul albastru, ciocănitoarea, şoimul, alături de mamifere erbivore (căprior, iepure), omnivore (mistreţ, arici) sau carnivore (lup, vulpe etc.). Necromasa, foarte variată, constituie sursa pentru dezvoltarea unei multitudini de lanţuri trofice ale ciupercilor, animalelor nevertebrate, dominate fiind de speciile de acarieni. Ritmul sezonier implică parcurgerea a numeroase aspecte, în special primăvara, caracterizate prin înflorirea/înfrunzirea succesivă a speciilor vegetale (înflorirea efemeridelor, a cornului). O dată cu înfrunzirea completă se produce şi înflorirea stejarilor şi arţarilor, diseminarea ulmului. Un aspect estival este înflorirea teiului şi a lemnului câinesc, sfârşitul acestuia fiind anunţat de căderea fructelor la numeroase specii de arbuşti. Urmează apoi colorarea frunzişului, căderea în masă a ghindei, sfârşitul sezonului de vegetaţie aducând desfrunzirea, urmată de aspectul pădurii acoperite de zăpadă. 8.2.2 Funcţiile ecologice ale pădurii Ecosistemul de pădure se remarcă nu numai prin gradul ridicat de stabilitate şi organizare complexă care-l transformă într-o carte deschisă în cercetarea funcţionării unui ecosistem, dar şi prin raporturile care s-au stabilit în decursul timpului între aceasta şi activitatea omului. Pădurea se constituie într-un factor de protecţie a mediului înconjurător şi de menţinere a echilibrului ecologic prin exercitarea funcţiilor de protecţie a apelor, terenurilor şi solurilor, a atmosferei şi a biodiversităţii.

165

Ecosisteme naturale

Echilibru regional

Sub aspect economic şi ecologic, pădurea a îndeplinit şi îndeplineşte o serie de funcţii, multe vitale. Volumul informaţional semnificativ care organizează ecosistemul forestier determină ca acesta să joace un rol important în menţinerea echilibrului la o scară mai mare – regională, prin influenţa pe care o exercită asupra climei, circuitelor apei, oxigenului, carbonului etc. (fig. 8-3) Masă lemnoasă

Produse secundare

FUNCŢIA DE PRODUCŢIE Protecţia solurilor contra eroziunii

Protecţia contra factorilor climatici

FUNCŢIA DE PROTECŢIE

Protecţia regimului apelor

Protecţia intereselor ştiinţifice

PĂDUREA FUNCŢIA SANITARĂ

FUNCŢIA ESTETICĂ Tip peisagistic

Tip modelator climatic

Tip de cadru, peisaj

FUNCŢIA RECREATIVĂ ŞI DE AGREMENT

Tip igienic Tip cinegetic Tip piscicol

Tip turistic

Tip agrement Tip cadru pentru camping

Fig.8-3, Funcţiile ecosistemului de pădure (după Cândea, Bran, 2001)

ª Protecţia apelor

Apa este reţinută de frunziş, se scurge pe trunchiuri

Se realizează datorită influenţei exercitate asupra circuitului hidrologic de interacţiunea dintre biotop şi biocenoză. Interceptarea apei pluviale nu se realizează în totalitate la suprafaţa solului. Astfel, o parte din apă este reţinută de frunziş, de unde se evaporă cu uşurinţă, sau se scurge pe trunchiurile copacilor ajungând treptat la nivelul solului. Porozitatea ridicată a acestuia permite absorbţia unui volum important de apă, cu atât mai mult cu cât litiera

166

Ecologie generală

cedează lent apa. Acestea concură la manifestarea efectelor pozitive pe următoarele direcţii:5 Formarea rezervelor de apă Rezervele de apă sunt aprovizionate constant prin infiltrare. Se apreciază (Dinu, 1979), că un hectar de pădure poate reţine, la 1 m2 muşchi nivelul solului, în primii 50 cm, 1 450 m3 de apă (echivalentul a reţine 5 l de 145 mm de precipitaţii). Mai mult, stratul de muşchi de la apă suprafaţa solului acţionează ca un adevărat reglator, 1 m2 de muşchi putând reţine 5 litri de apă. Această influenţă asigură debitul constant al izvoarelor, fiind cunoscut faptul că molidişurile constituie principalul regulator al formării debitelor de apă ale râurilor (Pârvu, 1980). Regularizarea regimului râurilor Se realizează prin micşorarea volumului de apă scurs la suprafaţa solului, scăderea vitezei de scurgere, reducerea Reducerea scurgerilor debitelor maxime ale viiturilor. Din păcate, adevărata superficiale dimensiune a acestui efect este apreciată, de cele mai multe ori, prin prisma consecinţelor devastatoare ale diminuării suprafeţei împădurite în bazinele hidrografice. Îmbunătăţirea calităţii apei Este rezultatul îmbogăţirii acesteia în ioni de hidrocarbonat, calciu şi scăderea conţinutului în ioni de amoniu Aceste efecte justifică asocierea pădurii cu garanţia aprovizionării cu apă, dar şi a siguranţei construcţiilor, terenurilor agricole, căilor de transport etc. care sunt afectate de fenomenele hidrologice extreme (inundaţii, ruperi de baraje, băltiri, torenţialitate ş.a.).

ª Protecţia terenurilor şi a solurilor Este o funcţie deosebit de importantă în regiunile cu relief Limitarea frământat şi în regiunile cu soluri nisipoase. De altfel, aici pădurea eroziunii joacă un rol hotărâtor şi în însuşi procesul de solificare, asigurând stabilitatea mecanică, bioacumularea, reţinerea apei în profilul de sol. solului Acţiunea moderatoare asupra scurgerilor superficiale reduce eroziunea solului, contribuind, în acelaşi timp, la reducerea volumul de sedimente, respectiv la evitarea colmatării albiilor sau lacurilor de acumulare. De exemplu, pentru a îndeplini asemenea

5

Bran, Florina, Pădurea factor de mediu şi ecosistem polifuncţional, Tribuna economica, 1995, nr. 38

167

Ecosisteme naturale

Prevenirea colmatării albiilor şi bazinelor lacustre

Defrişare eroziune, procese torenţiale, alunecări de teren

funcţii, este necesar ca cel puţin 50% din suprafaţa bazinului hidrografic care aprovizionează un lac de acumulare să fie acoperită cu pădure. Pădurea participă activ şi la conservarea formelor de relief prin diminuarea eroziunii de suprafaţă şi de adâncime, evitarea alunecărilor de teren, fixarea solurilor nisipoase şi asanarea terenurilor cu umiditate în exces. Absenţa pădurii relevă importanţa acestui efect moderator asupra agenţilor fizici de modelare actuală a reliefului. Defrişarea pădurilor de pe coastele repezi din zonele colinare, pentru înfiinţarea de islazuri comunale (Legea din 1920) a condus la suprafeţe întinse degradate prin eroziune şi procese torenţiale în Vrancea, Subcarpaţii Sudici, Valea Arieşului, Valea Lotrului, Podişul Central Moldovenesc etc.6

ª Protecţia atmosferei şi funcţiile climatice

Echilibrul balanţei de CO2 şi O2

Reprezintă un alt aspect al rolului jucat de pădure în menţinerea echilibrului ecologic. Pădurea reuneşte pe o suprafaţă relativ restrânsă un volum important de biomasă vegetală (arbori, arbuşti, plante erbacee) angajate în procesul fotosintezei. Astfel, ea asigură consumul de dioxid de carbon rezultat din „metabolismul” propriu, dar şi din ecosistemele învecinate sau, mai nou, datorat poluării, eliberând, în acelaşi timp, oxigenul necesar la aceeaşi scară. Această funcţie justifică denumirea de „plămân verde”, ecosistemele forestiere, mai cu seamă cele tropicale, fiind unele din cele mai importante producătoare de oxigen la nivel planetar.

Efectul „purificator” se manifestă pentru un spectru mai larg al poluanţilor atmosferici – pulberi sedimentabile, dioxid de sulf, elemente radioactive – reţinuţi mecanic sau absorbiţi de frunziş. Deşi, în acest sens, rolul pădurii este semnificativ, nu trebuie uitat Acţiune depoluantă, faptul că aceiaşi poluanţi pot distruge pădurea, toleranţa speciilor vegetale fiind limitată. dezinfec-

tantă

6

Se semnalează, de asemenea, o diminuare a încărcăturii microbiene, datorată prezenţei fitoncidelor, cu până la 90% faţă de atmosfera urbană. Aerul pădurii este, în schimb, mai bogat în ioni negativi, favorabili sănătăţii.

Cândea, Melinda, Bran, Florina, Spaţiul geografic românesc. Organizare, amenajare, dezvoltare durabilă, Bucureşti, Editura Economică, 2001, p. 216

168

Ecologie generală Cadrul nr. 8-1 Efectul purificator al vegetaţiei forestiere

Un hectar de pădure produce anual aproximativ 30 de tone oxigen, din care aceasta consumă circa 13 tone în procesul de respiraţie al arborilor săi. Vegetaţia arborescentă a pădurii pe suprafaţa de un hectar consumă, în procesul de fotosinteză, circa 16 tone de dioxid de carbon. Un curent de aer poluat cu dioxid de sulf în concentraţie de 0.1 mg/m3 poate fi complet depoluat prin traversarea sa lentă peste un hectar de pădure. Prin reducerea, pe cale mecanică, a vitezei vântului, un hectar de pădure poate reţine o cantitate de 60-70 t/an de praf, ceea ce reprezintă de 6-7 ori mai mult faţă de cantitatea reţinută de vegetaţia ierboasă. Prin emanarea fitoncidelor volatile, în cantitate de 5-30 kg/ha, pădurea realizează o epurare microbiană foarte eficientă, evidentă în special în pădurea de conifere. De exemplu, în timp ce pe bulevardele din Paris s-au înregistrat 570 mii bacterii/m3, iar în unele magazine chiar 4-8 milioane bacterii/m3, în pădurea Fontainbleu din apropiere, încărcătura microbiană era de numai 50-55 bacterii/m3.7 Întrucât modifică semnificativ suprafaţa activă, ca factor genetic al climei, prezenţa ecosistemului de pădure induce un topoclimat specific. Acesta este determinat de influenţa exercitată asupra radiaţiei solare, circulaţiei maselor de aer şi proceselor de evaporare.

Topoclima pădurii

Topoclima pădurii se diferenţiază prin moderarea extremelor de temperatură, intensitate scăzută a radiaţiei solare, creşterea umezelii relative a aerului, creşterea frecvenţei calmului atmosferic şi viteze mai mici ale vântului, repartizarea mai uniformă a precipitaţiilor şi creşterea cantităţii acestora.

Manifestarea acestor particularităţi depinde de caracteristicile covorului vegetal, cât şi de factorii staţionari. Astfel, diminuarea temperaturilor în cursul verii este mai mare pentru pădurile de foioase (unde prin evapotranspiraţie se consumă mai multă Influenţe căldură); în pădurile mediteraneene, datorită evapotranspiraţiei favorabile scăzute (ca o adaptare la regimul hidric deficitar) nu se resimte pe o rază de efectul de „răcoare”.8

500-1 000 m

Aceste influenţe favorabile se resimt nu numai în interior, ci şi în zonele învecinate, pe o distanţă de 500-1 000 m, ceea ce are o importanţă deosebită pentru comunităţile umane, în special cele urbane, dar şi pentru culturile agricole. În cel din urmă caz, prezenţa perdelelor de protecţie aduce importante sporuri de producţie.

Diminuarea În aceeaşi ordine de idei trebuie menţionat faptul că vegetaţia poluării forestieră, în special pădurea de răşinoase, diminuează intensitatea sonore

sunetului cu până la 10 decibeli. Prin urmare, perdelele forestiere

7 8

Bran, Florina, op. cit., p. 317 Milescu, I., Pădurile şi omenirea, Bucureşti, Editura Ceres, 1990,p. 95

169

Ecosisteme naturale

plantate de-a lungul drumurilor au un rol important pentru combaterea poluării sonore.9

ª Protecţia fondului genetic Decurge din însăşi existenţa pădurii, ecosistem în stare de climax, în care numeroase populaţii trăiesc într-o stabilitate relativă, asigurată de mecanismul complex de autoreglare a Biodiversi- ecosistemului forestier. Diversitatea biologică cea mai ridicată tate ridicată se înregistrează în pădure, culminând cu pădurile tropicale. De aici decurge şi rolul pădurii pentru cercetarea ştiinţifică, pentru identificarea posibilităţilor de protecţie ale unor specii aflate pe cale de dispariţie, pentru cunoaşterea legităţilor care coordonează procesele din natură.

ª Funcţia de recreare

Refugiu pentru citadinul modern

Ocupă, în rândul funcţiilor pădurii, un loc aparte prin influenţa directă asupra activităţii şi sănătăţii umane. În acest context, unii autori (Muja, 1994) consideră acest rol o funcţie socială. Prin influenţa exercitată asupra climatului şi calităţii aerului pădurea permite realizarea unui cadru ambiental optim pentru sănătatea umană. Adăugând la aceasta efectul asupra psihicului uman, pădurea devine un refugiu pentru citadinul modern care, deşi depinde în mare măsură de o serie de facilităţi ale vieţii urbane, rămâne, ca orice fiinţă vie, legat intim de natură.

Funcţia recreativă reprezintă însuşirea pădurii de a proteja şi fortifica sănătatea, de a

asigura un nivel superior al stării psihice umane, de a reface forţele, capacitatea de muncă a oamenilor, prin mediul ambiant deosebit de favorabil pe care îl creează. (Machedon, 1997)

Furnizor de materii

9

Din acest punct de vedere, ţinând cont de tendinţa de concentrare a populaţiei în centre urbane care caracterizează contemporaneitatea, rolul pădurii devine esenţial nu numai pentru menţinerea echilibrului ecologic, dar şi a celui interior al fiecărei fiinţe umane şi, în final, a întregii societăţi. Funcţiile de protecţie sunt importante în actualul context economico-social în care exploatarea intensivă a condus la manifestarea consecinţelor deosebit de grave ale diminuării suprafeţelor acoperite de pădure. Din perspectivă istorică însă, pădurea apare mai degrabă ca un important furnizor de materii prime şi alimente (material lemnos, fructe, vânat etc.). De asemenea, la acest orizont de timp, protecţia

Bran, Florina, op. cit., p. 317

170

Ecologie generală

poate fi înţeleasă şi în sensul îngreunării atacurilor cotropitorilor. Astfel, când Suliman Magnificul a repurtat victoria de la Mohács asupra armatei ungare şi a ocupat Buda, nu s-a încumetat să atace şi ţările româneşti, deoarece erau bine apărate de munţii cei mai abrupţi şi de pădurile cele mai greu de străbătut.10 8.2.3 Situaţia pădurilor în România

6.339 Situaţia actuală a pădurilor în România, departe de a fi milioane ha considerată favorabilă, este, totuşi, destul de bună. Astfel, în ceea ce 26% din priveşte productivitatea ne situăm pe locul doi, după Elveţia. suprafaţa Suprafaţa forestieră totală de 6.339 milioane hectare, ţării

Legea 18/1991, privind fondul funciar

„Templu al vieţii” „Carte deschisă”

reprezentând 26% din suprafaţa totală a ţării, este, în opinia specialiştilor, insuficientă (cu numai câteva secole în urmă această proporţie era de 60-70%). 11 Cauzele acestei diminuări se regăsesc, pe de o parte, în creşterea populaţiei şi, implicit, a nevoii de hrană, materiale de construcţii etc., iar, pe de altă parte, în antrenarea României în comerţul internaţional pe poziţia de furnizor preferat pentru calitatea produselor (alimentare, forestiere), dar şi pentru preţurile reduse practicate. Actualitatea ultimelor decenii aduce din nou în atenţie pădurea şi mai ales pericolele care o ameninţă. Astfel, după o perioadă relativ stabilă, instalată după 1948, aplicarea Legii 18/1991, privind fondul funciar, trece în proprietate privată suprafeţele de păduri, chiar şi în zone unde funcţiile de protecţie sunt deosebit de importante (de exemplu, nordul Olteniei). Situaţia economică precară, dorinţa de câştig imediat, cunoaşterea insuficientă şi lipsa de respect faţă de pădure (în parte, efect al depersonalizării forţate de aproape jumătate de veac) au constituit factori care au determinat noii proprietari să prefere atingerea unor obiective imediate în faţa unor perspective puse sub semnul incertitudinii.12 Toate acestea ne atenţionează că pădurea este „un templu” al vieţii, care asigură existenţa celor mai variate specii şi menţine echilibrul în mediul înconjurător. Este, în acelaşi timp, „o carte deschisă”, din care omul, societatea, trebuie să înveţe respectul

Cândea, Melinda, Bran, Florina, op. cit., p. 213 Bran, Florina, Degradarea ecosistemelor (silvicultură şi turism). Implicaţii economice, Bucureşti Editura ASE, 2002, p. 53 12 Bran, Florina, Starea pădurilor din România la nivelul anului 1997, sub incidenţa activităţii umane, Economistul, 1997, nr. 256 10 11

171

Ecosisteme naturale

pentru viaţă şi cum să acţioneze în spiritul ei în toate activităţile pe care le întreprinde. 8.2.4 Alte ecosisteme terestre

Pajişti stepice Pajişti alpine

În condiţiile climatului temperat, care nu impune restricţii termice, covorul vegetal dominat de specii lemnoase nu se mai realizează odată cu diminuarea cantităţii de precipitaţii. Prin urmare, locul pădurii de foioase este preluat de pajişti stepice. Având în vedere faptul că relieful României este deosebit de variat cuprinzând toatele unităţile majore de relief, există posibilitatea manifestării limitative a temperaturii în etajarea altitudinală. Astfel, la altitudini mari, pădurile de conifere sunt înlocuite de tufărişuri subalpine urmate apoi de pajişti alpine întrerupte de formaţiuni stâncoase şi grohotişuri.

ª Stepa Este un ecosistem natural care a fost înlocuit în cea mai mare parte prin ecosisteme amenajate (în special agricole). Totuşi, apare ca formaţiune secundară în zonele defrişate, unde dispariţia vegetaţiei arborescente a dus la accentuarea deficitului hidric. tma =10°C În România, ocupă câmpiile şi podişurile joase (Bărăgan, 500 mm/an Podişul Dobrogei, sudul Moldovei), unde temperatura medie precipitaţii anuală depăşeşte 10°C, iar cantitatea de precipitaţii este mai mică de 500 mm/an, cu un accentuat deficit spre sfârşitul verii. Deşi caracterul excesiv al climei împiedică dezvoltarea unor ecosisteme mai productive, solurile sunt cele mai fertile (cernoziomuri tipice, carbonatice, soluri bălane etc.). Grupa producătorilor este dominată de specii erbacee din familia gramineelor (păiuş, colilie, pir) adaptate la clima secetoasă Cele mai fertile soluri (xerofile), alături de care apar trifoiul, lucerna, pelinul, coada – cernozio- şoricelului ş.a. Izolat, se întâlnesc arbuşti de talie mică (porumbar, muri migdal pitic, păducel, salcâm pitic etc.). Structura trofică cuprinde pe primul nivel numeroase specii de insecte (cosaşi, greieri, călugăriţă), păsări şi mamifere, din care multe granivore (dropie, prepeliţă, hârciog, popândău, şoareci de câmp). Consumatorii secundari sunt reprezentaţi de insecte, păsări insectivore (graur) sau răpitoare (şoim, erete, şoricar), al treilea nivel fiind dominat de specii parazite.

ª Pajiştile alpine Se întâlnesc în continuarea tufărişurilor subalpine de jneapăn şi ienupăr sau direct în continuarea pădurilor de molid. Diversitatea ecologică este mult diminuată întrucât condiţiile de biotop sunt

172

Ecologie generală

nefavorabile (temperaturi coborâte, vânturi puternice, perioadă

Specii scurtă de vegetaţie). Prin urmare, covorul vegetal este dominat de dominante - 2-3 specii de graminee, prezenţa exclusivă a unei sau alteia dintre graminee ele fiind legată de condiţiile locale (aciditatea solului, exces permanent de apă, profunzimea stratului de sol, intensitatea gleizării sau pseudogleizării etc.). Alături de numeroşi consumatori primari din clasa Insecta, cea a mamiferelor este reprezentată de capra neagră (specie ocrotită), marmote, şoareci etc., consumatorii de ordinul al II-lea fiind insecte, şopârle, păsări insectivore sau de pradă (de exemplu, acvila de munte), mamifere. 8.3 Ecosisteme acvatice Se diferenţiază în funcţie de caracteristicile mediului de viaţă, apa, în ecosisteme de ape stătătoare (ecosisteme lentice) şi curgătoare (ecosisteme lotice). 8.3.1 Ecosisteme lentice Sunt de mai multe tipuri în funcţie de dimensiuni, evoluţie, compoziţia chimică a apei. Astfel, dimensiunea determină împărţirea în ecosisteme de lac, mlaştină şi baltă, iar compoziţia chimică a apei le diferenţiază în funcţie de salinitate (de apă dulce şi de apă sărată) şi aprovizionarea cu substanţe nutritive (oligotrofe, mezotrofe şi eutrofe).

ª Lacul A fost printre primele studiate de ecologi datorită uşurinţei cu care putea fi abordat. Structura biotopului şi structura funcţională sunt bine individualizate, categoriile identificate fiind utilizate şi pentru cercetarea celorlalte tipuri de ecosisteme acvatice. Structura spaţială este determinată de distribuţia temperaturii, luminii şi oxigenului în raport cu adâncimea, aşa cum s-a detaliat în subcapitolul 5.3.2. Biocenoza este structurată, în afara relaţiilor trofice, pe baza distribuţiei spaţiale a organismelor şi a comportării lor în masa de apă. În cadrul acesteia se deosebesc următoarele categorii: Pelagos

Masa apei

Această subunitate a ecosistemului acvatice este formată din organismele aflate în masa apei, pe întreaga întindere şi adâncime a lacului. Caracteristice sunt următoarele subunităţi: Ž neuston – populaţii de alge microscopice, protozoare, bacterii şi ciuperci care populează pelicula de apă la locul de contact dintre mediul acvatic şi cel aerian;

173

Ecosisteme naturale

Ž

plancton – format din organisme de dimensiuni mici, vegetale (fitoplancton – alge verzi, albastre) sau animale (zooplancton) care nu înoată activ în apă (sunt purtate de curenţi); Ž necton – asociaţie formată din diferite specii de animale, în general vertebrate (şalău, lin, caracudă, plătică, ştiucă, biban etc.), care au posibilitatea să se opună curenţilor, să înoate activ. Bentos Este formaţiunea care reuneşte organismele de pe fundul bazinului lacustru. Plantele (fitobentosul) sunt prezente, cu precădere, în zona litorală, fiind dependente de substratul mai mult sau mai puţin stabil şi de accesibilitatea luminii (rogoz, limba broaştei, buzdugan, papură, trestie, nuferi etc.). Tulpinile macrofitelor sunt, la rândul lor, suport pentru alge microscopice, Planctonbacterii, animale inferioare care formează perifitonul. Zoobentosul Producători este format din totalitatea organismelor animale din mâl, nisip etc. sau de la suprafaţa acestora şi care sunt „alimentate” de resturile Nectonorganice rezultate din activitatea celorlalte categorii de organisme. ConsumaDin punct de vedere trofic, categoriile menţionate se tori diferenţiază astfel: producătorii sunt reprezentaţi de fitoplancton; consumatorii se regăsesc în special în rândul vertebratelor care Bentosdescompu- formează nectonul; lanţurile detritivore şi organismele cu rol de descompunere se situează mai ales la nivelul bentosului. nători Interconectarea acestor categorii în condiţiile modificării structurii spaţiale datorită variaţiilor climatice permite o economie proprie a lacului, care este într-o relativă izolare faţă de ecosistemele învecinate.

ª Balta

Adâncime redusă (3-5 m)

13

Are o adâncime mai mică (3-5 m). În zona malurilor, apare rogozul, pipirigul, stuful şi papura, iar în larg sunt răspândite plante cu frunze plutitoare ca broscariţa, plutniţa, nufărul alb şi galben, lintiţa, cât şi cele submerse ca sârmuliţa apei, ciuma apei, brădiş etc. În structura fitoplanctonului intră algele albastre, algele verzi, algele silicoase, iar a zooplanctonului populaţii de rotifere. Bentosul ocupă tot fundul bălţilor şi este reprezentat de organisme consumatoare de mâl sau carnivore. Balta este populată de crap, biban, ştiucă, şalău, dar şi de diferite specii de broaşte, păsări şi mamifere (guzgan, bizam, vidră, nurcă etc.).13

Bran, Florina, op. cit., p. 167

174

Ecologie generală

ª Mlaştina

Muşchiul de turbă Sphagnum

La nivelul României se diferenţiază două categorii: mlaştini eutrofe, cu vegetaţie caracteristică bălţilor şi mlaştini oligotrofe care se întâlnesc în regiunile cu climat rece şi umed, în zonele cu şisturi cristaline, gresii, granite, sedimentare sau în zonele montane unde substanţele provin parţial din mineralizarea materiei organice animale şi vegetale. Aici este prezent muşchiul de turbă (Sphagnum) şi alte specii vegetale (bumbăcăriţă, rogoz, roua cerului).14 8.3.2 Marea Neagră

Se caracterizează prin existenţa a două straturi de apă: la suprafaţă, un strat relativ mai dulce ( cu salinitate de 1617%) şi mai uşor, oxigenat, în care se situează cea mai Acumulări mare parte a biocenozei şi de H2S b) un strat de adâncime (peste 180-200 m), mai sărat (salinitate – 21-22%) şi mai greu, încărcat cu hidrogen sulfurat, lipsit de oxigen şi, implicit, de formele aerobe de viaţă. Între cele două straturi nu există schimb de ape, stratul superficial (mai uşor) plutind deasupra celui de adâncime (mai greu). a)

Sturioni – peşti fără oase

Producătorii sunt reprezentaţi de algele planctonice, grupa consumatorilor incluzând zooplanctonul, peşti obişnuiţi (hamsii, stavrizi, guvizi); sturioni (nisetru, morun, cegă, păstrugă) denumiţi de Herodot „peşti fără oase”; rechini; delfini şi, până în 1984, foci. Pe plaja de la Mamaia, Costineşti, Năvodari „eşuează” în cantităţi mari alge verzi cu talul lăţit şi marginile ondulate, denumite popular sălăţica de mare, precum şi alge brune şi roşii, bogate în iod. În zona de litoral cuibăresc specii de pescăruş argintiu, chiră de mare, furtunar ş.a. Printre dunele de nisip s-au identificat circa 120 de specii de plante arenicole ca varza de nisip, cârcelul, ridichea de nisip, scaiul vânăt, pelin de nisip, lucerna de nisip, castravetele de mare etc.15

14 15

Idem, p. 168 Mohan, G., Ardelean, A., Ecologia şi protecţia mediului, Bucureşti, Editura Scaiul, 1993, p. 134

175

Ecosisteme naturale

8.3.3 Ecosisteme lotice Se diferenţiază în funcţie de particularităţile reliefului străbătut în pâraie şi râuri: a. De munte

Biocenoză săracă Oxigenare bună

În albia puţin adâncă şi îngustă a râurilor şi pâraielor substratul este neuniform format din bolovănişuri, pietrişuri, nisip. Pantele mari, uneori discontinue, determină o viteză de scurgere mare apei şi formarea de cascade. Debitele sunt relativ mici, temperatura apei coborâtă, variabilă de la anotimp la anotimp. Transparenţa apelor este mare (anulându-se însă în perioadele de torenţialitate – ploi puternice, topirea zăpezilor), iar concentraţia de săruri dizolvate este scăzută. Plantele (muşchi, alge) şi animalele (rotifere, cladocere) prezente aici au cerinţe mari faţă de oxigen, manifestând diferite adaptări morfologice pentru a evita antrenarea de curenţii puternici. Dintre vertebrate, reprezentativ este păstrăvul, alături de care se întâlnesc zglăvocul, lipanul, molanul etc.16

b. De zone deluroase Malurile sunt mai joase, albia este mai largă şi adâncă, fiind mărginită de bolovănişuri, pietriş, nisip. Pantele au înclinaţii mai mici, determinând o viteză de scurgere mai mică. În apă sunt prezente atât substanţe în suspensie, cât şi solvite (100-200 mg/l). FitoplancVariaţia termică mai largă în cursul anului, de la anotimp la ton anotimp favorizează prezenţa planctonului, ca o componentă permanent biocenotică permanentă, formată dintr-un număr mic de populaţii – diatomee, alge verzi şi albastre pentru fitoplancton şi rotifere, cladocere, copepode pentru zooplancton. În sectoarele cu viteză redusă, algele şi numerose specii de nevertebrate (insecte, larve, viermi sârmă, crustacee mici, gasteropode) se fixează de elementele substratului (pietre, nisip, mâl) formând comunitatea biocenotică bentală. Mreană, Nectonul este reprezentat de populaţii de peşti cum sunt clean mreana de râu, cleanul, molanul ş.a. caracteristice dealurilor subcarpatice, Podişului Sucevei, Transilvaniei, Podişului Getic etc.

16

Bran, Florina, op. cit, p. 162

176

Ecologie generală

c. De câmpie

Acumulări de mâl şi nisip

Cursul inferior al râurilor se caracterizează prin albii foarte largi, cu acumulări de mâl şi nisip, cu viteză de scurgere şi eroziune foarte reduse, dar şi o concentraţie de săruri care depăşeşte 1 250-1 500 mg/l. Planctonul este mult mai diversificat decât în zona colinară. În apă apar şi plante superioare submerse. Nectonul este şi el bine reprezentat (mreană, clean, boarţă, crap, ştiucă etc.). 8.3.4 Delta Dunării

Regimul hidrologic al Dunării

Reprezintă o asociere complexă de ecosisteme interconectate, dependente de regimul hidrologic al Dunării care, prin fluctuaţiile sale, contribuie la modificări substanţiale ale biotopurilor cu o periodicitate mai mult sau mai puţin constantă. Diversitatea mare a condiţiilor de mediu, întrepătrunderea şi suprapunerea acestora nu permit o delimitare strictă a ecosistemelor, aflate şi ele într-o permanentă interacţiune unele cu altele. Cu toate acestea, se individualizează următoarele categorii:

a) Apele curgătoare Sunt reprezentat de cele trei braţe ale Dunării (Chilia, Sulina şi Sf. Gheorghe), canale şi gârle. Fitoplanctonul reprezintă clasa Braţele producătorilor, în timp ce un zooplancton variat şi numeroase Dunării, specii de vertebrate (crap, şalău, ştiucă, somn, sturioni) compun canale, gârle clasa consumatorilor. b) Apele stagnante

Cyprinide

Permit dezvoltarea macrofitelor sub suprafaţa apei (broscariţă, brădiş, cosor, inariţă, ciuma apei), cu frunze plutitoare (nuferi) sau plutitoare (lintiţă, peştişoară, otrăţel) şi în marginile mlăştinoase (ciulini, limba broaştei, săgeata apei, stuf etc.). Consumatorii sunt bine reprezentaţi de peşti din familia Cyprinidelor (crap, cosac, babuşcă), precum şi de biban, şalău, ştiucă, somn. În afara acestora, moluştele, larve, insectele se asociază tulpinilor plantelor sau populează zona bentală.

c) Terenurile mlăştinoase

Cel mai întins biotop al deltei

Servesc în timpul viiturilor la reproducerea peştilor de baltă, fiind intercalate între bălţile permanente şi terenurile inundabile. Practic, formează cel mai întins biotop al deltei actuale. Multe terenuri mlăştinoase sunt acoperite cu stufărişuri permanente, a căror limită spre uscat o constituie o centură de papură şi rogozuri. Printre plantele însoţitoare se numără papura, pipirigul, rogozul,

177

Ecosisteme naturale

săgeata apei, stânjeneii, măcrişul-de-apă etc. Prezenţa lor depinde de durata şi intensitatea inundaţiilor de primăvară, fiind invers proporţională cu acestea. Consumatorii micro- şi macroscopici sunt mai mult sau mai puţin, comuni cu cei din ecosistemele acvatice descrise anterior. Regiunile întinse de stufărişuri, mai ales cele cu substrat nisipos, dau naştere, cu timpul, la o formaţiune specifică şi anume zonele de Reproduplaur. Deşi este format din stuf, el prezintă asociaţii de organisme cerea faunei piscicole constituindu-se într-un adevărat ecosistem care şi-a „creat” suportul ecologic.17 Cadrul nr. 8-2 Plaurul Spre marginea plaurului sunt prezente săgeata apei, feriga de apă, papura, pipirigul, în timp ce în interior apar rogozul, jaleşul, cucuta de apă, drăgaica, răchitanul, troscotul etc. Solul plaurului este bogat în animale mici, respectiv forme larvare a numeroase insecte, acarieni, gasteropode, oligochete etc. De asemenea, numeroase specii de păsări găsesc aici condiţii optime de cuibărit, printre care: privighetoarea de stuf, raţa ţigănească, raţa sălbatică, gâsca de mare, cormoranul pitic, stârcul purpuriu, egreta mare şi mică, stârcul cenuşiu, ţigănuşul, pelicanul comun, lebăda mută, vulturul pescar şi codalb etc. Pe suprafeţe întinse de plaur plutitor, care ajung la aproape 30 mii hectare, trăiesc numeroase mamifere pe al doilea sau al treilea nivel trofic, în funcţie de speciile de peşte pe care le consumă. Astfel sunt vidra, nurca, şobolanul de apă, hermina comună, hermina mică. Acestora li se adaugă mistreţul, perfect adaptat la viaţa izolată a plaurului, unde găseşte suficientă hrană în tot timpul anului; pisica sălbatică şi, mai rar, vulpea, iepurele (mai ales iarna), lupul (datorită exterminării, efectivele acestuia s-au redus foarte mult), câinele enot, bizamul etc. d) Terenurile inundabile Se acoperă cu apă în timpul viiturilor, iar pe durata apelor mici sunt uscate, acoperite de pământ aluvionar şi resturi organice. Apropierea de mlaştini a unora permite extinderea biocenozelor acestora, atâta timp cât uscăciunea nu este excesivă, iar pe cele cu substrat nisipos s-au format asociaţii vegetale caracteristice, mai cunoscute fiind cele de popândaci, alcătuite din specii de rogoz prin Zăloage de salcie albă – acumularea şi turbificarea materialului organic mort, astfel încât să colonii de permită supravieţuirea speciei în condiţiile alternanţei dintre uscat păsări şi apă. Tot aici se întâlnesc zăloagele, respectiv tufe de sălcii în care predomină zălogul sau salcia cenuşie. Importanţa lor este dată de condiţiile prielnice pe care le asigură pentru cuibărit, transformându-se în adevărate colonii de păsări pentru speciile: ţigănuş, cormoran pitic, stârc-de-noapte, stârc galben, egretă mică

17

Idem, p. 164

178

Ecologie generală

etc. Aceste terenuri, ca şi cele mlăştinoase, sunt importante pentru reproducerea faunei piscicole (mai ales a ciprinidelor). e) Grindurile

Păduri cu aspect luxuriant

Loc de reproducere a lăcustelor călătoare

Constituie suportul ecologic al pădurilor de sălcii şi plopi (Letea, Caraorman) care concentrează o diversitate ecologică ridicată, atât a speciilor vegetale, cât şi a celor animale. Astfel, alături de numeroasele specii de sălcii (Salix) şi plopi (Populus), arbuştii (cătină albă, cătină roşie, măceş, dracilă, lemn câinesc, corn, sânger, călin), subarbuşti, liane (curpen, viţă sălbatică, mur, iederă, hamei, volbură mare) şi plante parazite (vâsc) edifică, într-o arhitectură specifică, păduri cu aspect luxuriant. Pădurile Letea şi Caraorman sunt fitocenoze foarte interesante şi rare în flora Europei şi arată, comasate pe un spaţiu relativ mic, o variaţie multiplă a diverselor fenotipuri de plante caracteristice stepelor aride, nisipurilor umede, pădurilor, marginii bălţilor şi lacurilor.18 Dintre consumatori, caracteristici sunt şoarecii cu botul ascuţit, iepurii şi coropişniţele, diferite specii de păsări, vipera, şarpele de apă, spurcaciul, sitarul de pădure, vulturul codalb, bufniţa mare, mistreţ, lup (mai ales iarna). În stufării şi tufărişurile dinspre mare, în anii favorabili, se pot dezvolta lăcustele migratoare, deosebit de dăunătoare pentru culturile agricole, fapt pentru care s-au folosit mijloace chimice în combaterea lor, cu efecte poluante şi asupra celorlalte specii.

f) Zona mării

Sturioni – morun, nisetru, cegă, păstrugă

Rezervaţie a Biosferei Site Ramsar UNESCO 18

Este reprezentată de mediul marin în care se simte influenţa apelor Dunării. Această zonă este populată cu puieţi din familia sturionilor. În regiunile mai depărtate de litoral, având o salinitate variabilă, se produce o continuă ploaie de organisme moarte spre fundul platformei continentale, alimentând bancurile de scoici, hrana preferată a morunului şi nisetrului, care-şi vor petrece aici mare parte din viaţă. În încercarea de a reda o imagine cât mai sintetică, dar în acelaşi timp relevantă, s-au făcut numeroase „simplificări”. Cu toate acestea, Delta Dunării constituie un ansamblu complex de ecosisteme, cu funcţionalitate proprie, capabil de autoreglare şi caracterizat de stabilitate, important prin funcţiile sale de filtru biologic, staţiune temporară a unor păsări, loc de reproducere a numeroase specii de peşti, respectiv de conservare a biodiversităţii. Toate acestea au constituit fundamentul transformării întregului complex de ecosisteme într-o arie

Banu, A., Rudescu, L., Delta Dunării, Bucureşti, Editura Ştiinţifică, 1965, p. 174

179

Ecosisteme naturale

protejată recunoscută internaţional prin categoriile de „Rezervaţie a Biosferei”, „Site Ramsar” şi componentă a Patrimoniului Natural Mondial (UNESCO). 8.4 Efecte ale activităţii social-economice19

Existenţa stabilă, neântreruptă a mediului vieţii

Ecosistemul global este produsul global al câtorva miliarde de ani de schimbări evolutive în alcătuirea scoarţei terestre. Mediul este o maşină vie, enormă şi foarte complexă, care constituie un strat dinamic subţire pe suprafaţa Pământului. Fiecare activitate umană depinde de starea perfectă şi buna funcţionare a acestui mecanism. Pentru a supravieţui, omul are nevoie de existenţa stabilă, neîntreruptă a unui mediu adecvat. Şi, totuşi, se adună dovezi că modul în care trăieşte omul acum împinge acest înveliş subţire, care susţine viaţa, spre distrugere. Din neolitic şi până astăzi, ecosistemele au mai avut de suferit schimbări, dar fără îndoială, cel mai important impact prin mărime, forţă de distrugere şi consecinţe este cel actual. Structura şi componenţa ecosistemelor a fost şi este schimbată prin intervenţii cum sunt: defrişarea, supraexploatarea resurselor biologice, introducerea de noi specii, amenajări hidrotehnice şi poluare.

ª Defrişarea

Pădure Ð Vegetaţie ierboasă Ð Teren agricol Ð Eroziune Ð Deşert 19

Dintre toate formele de covor vegetal, cele mai mari amputări le-a suferit pădurea. Despădurirea a mers mână în mână cu civilizaţia, ca apoi să urmeze deşertificarea. În zonele calde, unde din cauza climatului secetos echilibrul ecologic este foarte labil, precum şi în habitatele marginale, având condiţii de mediu extreme, se verifică succesiunea: pădure → vegetaţie ierboasă → teren agricol → eroziune → deşert. În zonele temperate, cu climat favorabil, şocul este mai puţin amplu, succesiunea mai scurtă, oprindu-se la eroziune, deşi şi aici condiţii petrografice şi pedologice agravante pot duce la instalarea unor semideşerturi. Există şi situaţii în care trecerea de la pădure la deşert este aproape directă şi foarte rapidă, în aşa numitele terenuri „cu vocaţie de deşertificare”. Fac parte din această categorie ecosistemele aflate la distanţe mari de ţărmul mărilor (continentalism accentuat), cele în care se produc stratificări de aer uscat (depresiuni intercontinentale de mică altitudine).

Bran, Florina, op. cit., p. 142-150

180

Ecologie generală

Un fenomen pus în evidenţă mai ales în ultimul timp este accelerarea succesiunii în zonele în care pădurea a dispărut de mult, iar deşertul care a înlocuit-o s-a extins pe mari arii geografice. El se explică prin faptul că pădurea constituie un centru de atracţie şi de concentrare a umidităţii pentru întregul landşaft geografic zonal, Suprafeţe până la un punct aceasta exercitând o influenţă similară cu a forestiere mărilor şi oceanelor. Prin dispariţia pădurii şi împingerea centurii s-au verzi arborescente la mare distanţă, ariditatea climatului se diminuat accentuează, făcând ca, din punct de vedere ecologic, întreaga zonă foarte să capete caracter de deşert sau semideşert potenţial. puternic Datorită despăduririlor de lungă durată, practicate 70% → 30% pretutindeni pe Glob, pădurea planetară de azi ocupă suprafeţe incomparabil mai mici, nu mai formează masive mari şi neîntrerupte, refugiindu-se în munţi şi locuri greu accesibile, cu soluri sărace şi climat neatrăgător pentru agricultură. Din suprafaţa împădurită de circa 70% a uscatului, în perioada preistorică, proporţia a scăzut în prezent la 30% (4.1 miliarde ha). Scăderea este însă mai mare dacă ţinem seama de faptul că 29% din zona împădurită este neproductivă, iar 25% are valoare economică Agricultură, redusă. Aşezări, La defrişările din trecut, făcute în special în scopul extinderii Industria păstoritului, agriculturii şi aşezărilor umane, timpurile moderne au lemnului adăugat tăierile în scopuri economice pentru satisfacerea nevoilor de lemn ale societăţii. Rezultatul nu constă doar în diminuarea pădurii, ci şi în degradarea ei progresivă. Pădurile cultivate nu au acelaşi randament, stabilitate, rezistenţă şi forţă protectivă. În funcţie de procentul actual de împădurire, distingem: Ž ţări cu păduri suficiente (din Asia, Oceania, America Centrală); Ž ţări cu păduri relativ puţine, dar încă la limita de echilibru ecologic (din Europa şi America de Nord) şi Ž ţări extrem de sărace în păduri (Africa Tropicală, Australia). America de Pe ansamblu, starea cea mai apropiată de optimul ecologic o Sud are America de Sud, fiind continentul cu cel mai mare procent de 46.7% împădurire (46.7%). Africa

Algeria, Egipt, Republica Malgaşă

Despădurirea a luat proporţii dramatice, în special în Algeria, Egipt, Africa de Sud. Impactul cel mai puternic s-a produs în zonele intertropicale, cu mare instabilitate climatică. În Ghana, Nigeria, Etiopia şi Kenya se despăduresc zone imense pentru a face loc culturilor agricole.

181

Ecosisteme naturale

O regiune serios afectată este Republica Malgaşă, unde toate pădurile de pe ramura vestică şi nordică au dispărut, distrugându-se biotopurile proprii unor specii unice, necunoscute în alte păţi ale lumii. Singura parte a Africii relativ bine păstrată, cu un potenţial forestier apreciabil, este zona ecuatorială (Zair, Gabon, Niger, Congo). Asia

Liban, China

Pe locul pădurii de odinioară s-a instalat deşertul (Hindustan, Iranian, Arabic, Sirian). În plus, chiar teritorii prospere în trecut, cum a fost Semiluna fertilă (zona dintre Tigru, Eufrat şi Mediterana), au devenit sărace, cu vegetaţie sezonieră. Tăbliţele de lut babiloniene descoperite la Marea Moartă vorbesc de bogate culturi de cereale, livezi cu pomi fructiferi, podgorii, păduri de cedri, care ocupau un areal continuu din Munţii Taurus (Turcia) până în Munţii Libanului, Amanului (Siria) şi în Cipru. Tăierea masivă a cedrilor a condus la dispariţia acestui arbore. Astăzi există doar în Liban o modestă rezervaţie cu cedri. La fel de puternic a fost impactul uman asupra pădurilor şi în Extremul Orient. Cele mai mari distrugeri au avut loc în China, în bazinele fluviilor Huanhe şi Iantzî.

America de Nord

-19% în urma colonizării

Deşi a fost bine conservată până la venirea coloniştilor, pădurea din acest continenti a suferit cea mai rapidă şi mai violentă transformare din istoria omenirii. Din cauza timpului prea scurt în care s-a produs modificarea, animalele şi plantele n-au avut posibilitatea să se replieze, să se acomodeze cu noile condiţii create de om şi multe din ele au dispărut. Pădurea a fost afectată astfel că, din 382 milioane hectare, au mai rămas doar 311 milioane hectare, din care 216 milioane hectare păduri degradate. Despăduriri masive s-au produs şi în Mexic, cu urmări dezastruoase pentru echilibrul ecosistemic, din cauza climatului subtropical.

America de Sud Despăduririle au avut intensitate inegală, în funcţie de gradul de accesibilitate şi direcţia de propagare a presiunii demografice. Brazilia răsăriteană, Cea mai afectată zonă a fost Brazilia răsăriteană, dar şi Columbia şi Columbia, Chile. Pădurea amazoniană tinde şi ea să fie distrusă din cauza Chile construirii infrastructurii de transport – marea magistrală amazoniană.

182

Ecologie generală

Europa

Ploile acide – „moartea pădurilor”

Despăduririle s-au produs lent, dar „moartea pădurilor” este aici poluarea (ploile acide). Tăierile, distrugerile neraţionale nu au condus numai la pierderea pădurilor, ci chiar la pierderi materiale, de vieţi omeneşti, cum s-a întâmplat în nordul Italiei unde, din cauza despăduririlor, inundaţiile au avut efecte devastatoare. Despăduririle reprezintă una din ameninţările principale aduse echilibrului ecologic al biosferei şi duc în mod sigur la desfigurarea irevocabilă a ecosistemelor.

Introducerea de noi specii Urmările negative ale schimbărilor aduse în structurile biocenotice pot deveni catastrofale, în special în spaţiile insulare şi în ecosistemele fragile, unde posibilităţile de compensare a devierilor de la normal sunt reduse. Aceste schimbări au fost provocate de om în mod conştient, de exemplu, pentru a favoriza o specie cu valoare economică, sau inconştient, o dată cu extinderea civilizaţiei pe noi continente. Cadrul nr. 8- 3 Modificarea structurii biocenotice

În Ţara de Foc au fost introduse, în 1950, câteva cupluri de castori de origine canadiană. Profitând de mediul de viaţă favorabil şi neavând duşmani naturali, aceştia au îndiguit mari porţiuni din apele curgătoare provocând inundaţii ale fluviilor şi numeroase uscări de arbori. Pescarii polonezi au exterminat lutria în scopul protejării peştilor. Rezultatul a fost cu totul altul: din cauza maladiilor, efectivele de peşti au scăzut simţitor. Tot pe această linie, în China (1960) s-a recurs la distrugerea păsărilor pentru a proteja recoltele, dar efectul a fost înmulţirea exagerată a insectelor care au provocat culturilor pagube devastatoare. Introducerea în Madagascar a carnivorelor domestice (câini, pisici) a dus la exterminarea speciilor de păsări aptere, pierzându-se, pentru totdeauna, 24 de endemisme importante pentru ştiinţă. Pagube însemnate şi mari, însoţite de ruperi ireversibile ale echilibrului ecologic, s-au înregistrat şi în Noua Zeelandă. Această insulă, săracă din punct de vedere faunistic, avea numeroase nişe ecologice neocupate, pe care coloniştii le-au ocupat cu 34 de specii de mamifere şi 31 specii de păsări. Prin înmulţire exagerată, acestea au degradat vaste suprafeţe de pădure şi au declanşat fenomenul de regresiune biologică. Poluarea A devenit, în ultimele decenii, un fenomen mai mult sau mai puţin generalizat, ancorat în realitatea începutului de mileniu. Efectele acesteia pot fi analizate din perspectiva fiecărui individ, a societăţii, a speciilor de plante şi animale, a ecosistemelor sau a viitorului întregii planete.

183

Ecosisteme naturale

Direct sau indirect, poluarea induce modificări ale ecosistemelor fără ca acestea să poată fi sesizabile întotdeauna în timp util (de exemplu, „moartea pădurilor”).

Verificarea cunoştinţelor Enunţaţi legile de organizare şi funcţionare ale ecosistemului de pădure. Analizaţi acţiunea lor la nivelul ecosistemului pădurii de stejar. Cum asigură ecosistemul de pădure protecţia mediului înconjurător şi menţinerea echilibrului ecologic? Care sunt particularităţile structurale ale ecosistemelor acvatice? Identificaţi componentele specifice în diferite tipuri de ecosisteme acvatice. Justificaţi oportunitatea înfiinţării „Rezervaţiei Biosferei Delta Dunării” plecând de la polifuncţionalitatea acestui complex de ecosisteme. Identificaţi relaţiile de interacţiune, fluxuri de substanţă şi de energie posibile între ecosistemele din Delta Dunării. Care sunt căile prin care se exercită influenţa activităţilor social-economice asupra ecosistemelor şi cum se corelează acestea cu efectele produse?

184

9. ECOSISTEME AMENAJATE

9.1 Caractere generale 9.2 Ecosisteme agricole 9.3 Ecosisteme urbane 9.4 Ecosisteme rurale 9.5 Ecosisteme industriale

- deşeuri - infrastructură - solă - spaţiu de hrană - OMG

- topoclimă urbană - simbioză industrială - dematerializare - Kalundberg - PIE

Obiective ) Identificarea modalităţilor prin care se particularizează ecosistemele amenajate în ceea ce priveşte fluxurile de substanţă şi energie ) Evidenţierea utilităţii ecosistemelor naturale şi a mecanismelor ecologice preluate sau menţinute în ecosistemele amenajate ) Înţelegerea funcţionalităţii ecosistemelor agricole şi a importanmţei acestora în satisfacerea necesităţilor de hrană ale omenirii ) Analiza intensităţii influenţei antropice în ecosistemele specifice spaţiului rural ) Înţelegerea transferului de „know-how” ecologic în procesele de producţie industriale şi nu numai

185

Ecologie generală

9.1 Caracetere generale

Producţie biologică „Tehnologie” biologică

Activitatea omului s-a desfăşurat păstrând o legătură permanentă cu sistemele funcţionale din natură. Acestea furnizează materiile prime, resursele primare şi asigură menţinerea condiţiilor specifice vieţii. Pentru a-şi atinge mai bine obiectivele, omul s-a folosit însă nu numai de ceea ce ofereau ecosistemele naturale, ca producţie biologică, ci şi de întreaga „tehnologie” perfecţionată evolutiv. Astfel au luat naştere formaţiuni mai mult sau mai puţin stabile, dependente de intervenţia umană, dar care îşi desfăşoară activitatea pe principii similare celor naturale.

Ecosistemele amenajate sunt ecosisteme în care intervenţia umană se manifestă la un nivel de supraveghere a funcţionării (ecosistemele forestiere şi acvatice cu rol productiv), prin înlocuirea unor mecanisme ecologice (ecosistemele agricole) sau prin transformarea radicală a mediului (ecosistemele urbane, ecosisteme industriale).

Funcţionalitate – satisfacerea necesităţilor omului

Biocenoză, oameni, elemente alogene, deşeuri

„Intensivizare” energetică

1

Spre deosebire de ecosistemele naturale, a căror funcţionare se materializează prin realizarea stabilităţii şi menţinerea în echilibru a componentelor vii şi nevii în anumite condiţii date, în ecosistemele artificiale există o determinare, în sensul de satisfacere a necesităţilor omului. Un ecosistem artificial cuprinde:1 Ž o biocenoză în care plantele de cultură şi animalele domestice sunt predominante, însoţite fiind de o floră şi o faună „naturale”; Ž totalitatea oamenilor din sistem; Ž clădirile, căile de acces şi, în general, toate elementele alogene produse de om sau aduse din alte părţi, inclusiv lucrarea şi amenajarea solului; Ž reziduuri şi deşeuri aflate în afara ciclurilor biogeochimice naturale. Caracteristic acestor ecosisteme este „intensivizarea” lor energetică, determinată, pe de-o parte de necesitatea creării unui excedent de biomasă (recolta), iar, pe de altă parte, de activităţi specifice omului, efectuate direct, dar mai ales exosomatic, prin intermediul uneltelor, maşinilor etc. Astfel, nu mai este suficientă energia solară, cu atât mai mult cu cât în mod direct omul nu o poate valorifica mai eficient decât oricare alt organism, fiind necesară utilizarea altor surse de energie. Aceasta conduce la creşterea numărului transformărilor energetice şi, implicit, a

Ionescu, A., Săhleanu, V., Bândiu, C., Protecţia mediului înconjurător şi educaţia ecologică, Bucureşti, Editura Ceres, 1989, p. 91

186

Ecosisteme amenajate

acumulării de entropie, în condiţiile în care transferul de energie nu se corelează cu cel al substanţei, ceea ce, în timp, duce la dezechilibru, manifestat prin epuizarea resurselor şi acumularea deşeurilor. Decizia omului nu este rezultatul prelucrării informaţiilor venite de la componentele sistemului într-un mecanism de autoreglare, ci este dictată de nevoile imediate, indiferent de Mecanisme „interesele” celorlalte componente vii sau nevii ale ecosistemului cu finalităţi opuse celor sau chiar de arbitrar. Fluxul informaţiei, fiind polarizat de interesele din natură umane, antrenează în procese liniare substanţa şi energia, care dereglează echilibrul sistemului, dependent de transferul efectuat din alte sisteme. Practic, se declanşează mecanisme cu finalităţi opuse celor din natură, ecosistemele artificiale îndreptându-se nu spre o stare de climax, ci spre instabilitate crescândă, dezordine. Acţiunile omului ajută doar la menţinerea unui echilibru aparent, cu preţul unui consum din ce în ce mai mare de energie, care, printr-un efect de „cerc vicios”, antrenează şi sporirea entropizării. 9.2 Ecosisteme agricole 9.2.1 Evoluţie istorică Impactul agriculturii primitive asupra biosferei nu a produs dezechilibre decât în unele părţi ale Globului. Ulterior, când s-a Autonomia trecut la agricultura tradiţională şi industrială, aceste modificări somului faţă au generalizat, afectând planeta Pământ. de natură În evoluţia ecosistemelor agricole se individualizează mai multe etape. Într-o primă fază, formarea ecosistemelor agricole s-a realizat prin defrişări sau incendieri ale pădurilor, pentru extinderea terenurilor de păşunat. Acesta reprezintă momentul desprinderii omului de sub incidenţa ciclurilor naturale şi dobândirea unei autonomii limitate faţă de ecosisteme. Perfecţionarea tehnologică şi introducerea uneltelor cu 3-4.5 Transformii de ani în urmă, folosirea animalelor în activităţile agricole, marea selectarea speciilor şi a soiurilor au făcut posibilă creşterea mediului → populaţiei umane prin asigurarea cu hrană, astfel încât densitatea a oikumena putut ajunge până la 50 loc/km2. Datorită surplusului de energie oferit de agricultură, omul îşi restructurează şi mediul de viaţă, ceea ce dă naştere oikumenei.2 Treptat, se trece la o nouă agricultură care se bazează pe un tip aparte de ecosistem. Sistemele de agricultură au evoluat, cu

2

Bran, Florina, Ecologie generală şi protecţia mediului, Bucureşti, Editura ASE, 2002, p. 151

187

Ecologie generală

precădere, în zonele temperate, unde scăderea fertilităţii solului se produce mai lent, iar sezonul rece face inaccesibile majoritatea posibilelor surse de hrană. Ca metodă de întreţinere, iniţial, se lasă Pârloagă terenul să se „odihnească” sub formă de pârloagă (terenul nu se mai cultiva). Pe acest teren se instalau buruienile şi erau folosite ca păşuni; animalele, prin dejecţiile lor, refăceau rezerva de elemente nutritive a solului. Ulterior, cultivarea terenului devine continuă, fertilizarea fiind realizată prin utilizarea resturilor de plante şi a dejecţiilor de animale care asigurau regenerarea humusului. Se acumulează astfel compuşi minerali solubili, uşor accesibili pentru plante (de exemplu, nitraţi). Agricultura zilelor noastre se realizează pe baze ştiinţifice prin utilizarea soiurilor şi raselor ameliorate genetic, a Ameliorare îngrăşămintelor chimice, furajelor concentrate, irigaţiilor, genetic, mecanizare, mecanizării lucrărilor, pesticidelor etc. Acestea permit obţinerea de producţii ridicate în sisteme intensive de cultivare a chimizare plantelor şi de creştere a animalelor pentru satisfacerea necesităţilor de hrană a unei populaţii în continuă creştere. 9.2.2 Structură şi funcţii

Ecosistemul agricol constituie o unitate funcţională a biosferei, creată şi controlată de om în vederea obţinerii unei producţii ridicate şi de calitate superioară, în condiţii economice şi sociale tot mai avantajoase. Structura spaţială este determinată de om pe baza necesităţilor de producţie, pe mai multe nivele ierarhice, delimitările fiind stabilite printr-o planificare în cadrul unui management care integrează componentele ecologice şi economice. Gradul de omogenitate este ridicat, baza trofică uniformă asigurând aceleaşi caractere nivelurilor trofice superioare. Ecosistemele agricole au tendinţa de a evolua spre starea de climax – maximă ordine structurală şi funcţională posibilă într-un ecosistem dat prin reţeaua sa de interacţiune. Pentru a împiedica această tendinţă, este necesar un consum de energie ridicat din partea oamenilor (lucrări de întreţinere a culturilor).3 Unitatea elementară în ecosistemele agricole este considerată sola (parcela), reprezentată de o suprafaţă delimitată administrativ, de dimensiuni relativ mici şi având condiţii uniforme, pe care omul înfiinţează biocenoza, al cărei element edificator este planta de cultură.

3

Ionescu, A., Fenomenul de poluare şi măsuri antipoluante în agricultură, Bucureşti, Editura Ceres, 1982, p. 254

188

Ecosisteme amenajate

Biocenoză constantă

Ierarhic superior solei este asolamentul în care se încadrează sola prin rotaţie. Astfel, pe arealul asolamentului, în timp, se creează condiţii relativ uniforme de sol, întrucât componentele biocenozei sunt constante, deşi anual îşi modifică poziţia relativă. La un moment dat, biocenoza dintr-un asolament este suma biocenozelor din solele componente, în care se menţin relaţiile caracteristice dintre specii, în primul rând relaţiile trofice şi cele de tip biochimic, alelopatic. Cadrul nr. 9-1 Interacţiuni biochimice în ecosistemele agricole

Alelopatia la plantele de cultură se manifestă prin coline. Acestea sunt substanţe secretate prin sistemul radicular care, datorită uniformităţii fitocenozei, atinge nivele destul de ridicate în sol. Acţiunea lor se poate manifesta atât prin inhibarea creşterii speciei producătoare (autotoxicitate), cât şi a altor specii. Cunoscând aceste influenţe biochimice se stabileşte succesiunea culturilor într-un ecosistem agricol, evitându-se, pe cât posibil, monocultura – cultivarea unei suprafeţe cu aceaşi specii mai mulţi ani consecutivi. Acumularea colinelor este responsabilă în mare parte şi de fenomenul cunoscut sub denumirea de „oboseala solului” – diminuarea progresivă a recoltelor de la un an la altul pe terenurile cultivate cu aceeaşi plantă. La grâul cultivat, au fost identificaţi: acidul izomicetinic, aldehida salicilică, vanilina şi acidul dihidroxistearic. Fiecare dintre aceste substanţe a manifestat acţiune toxică asupra germinaţiei şi creşterii plantelor de grâu. Practicând monocultura de grâu timp de 4 ani, Sehreiner şi Reed (1970) au constatat scăderi succesive de recoltă care se corelează cu textura solului. Extractele obţinute dintr-un sol cultivat cu grâu şi-au pierdut efectul fitotoxic asupra grâului numai după ce pe solul respectiv nu s-a mai cultivat cu grâu timp de şase ani.4 Efecte fitotoxice asupra grâului are şi porumbul, făcând parte din aceeaşi familie (Gramineae). De asemenea, porumbul influenţează negativ şi sfecla, salata, tomatele, ceapa, având efecte toxice în primele lor faze de vegetaţie, care coincid cu perioada de descompunere a rădăcinilor de porumb. Unităţile administrative care agregă mai multe asolamente pot fi considerate un nivel superior de integrare. Se poate realiza şi o asociere cu sectorul zootehnic, fiind astfel edificate circuite complete ale substanţei şi energiei. În plan funcţional, ecosistemul agricol integrează 4 subsisteme: biocenoza agricolă, biotopul, subsistemul agrofitotehnic şi subsistemul socio-economic.5 Interconectarea lor este reprezentată schematic în fig. 9-1.

ª Biotopul agricol

Adaptat la cerinţele plantei cultivate 4 5

Este definit prin factorii climatici, edafici şi orografici care induc o anumită intensitate a proceselor fiziologice. Pentru a îmbunătăţi aceste condiţii şi pentru a le adapta la cerinţele speciei de cultură se modifică uneori cel natural prin terasări, arături de

Soran, V., Borcea, M., Omul şi biosfera, Bucureşti, Editura Ştiinţifică şi Encilopedică, 1985, p. 216 Dejeu, L., Petrescu, C., Chira, A., Hortiviticultură ecologică, Bucureşti, Editura Ceres, 1997, p. 136

189

Ecologie generală

mare adâncime (desfundări), amendamente pentru corectarea reacţiei solului, irigaţii, cretizare etc. F i g . 9 1 ,

Energia solară cu factorii de biotop Factorii socialeconomici

E1 E2 ,

S c h e BB mB a

1 2 3

E3 E4

– factori climatici – factori pedologici – factori orografici

E1 – concepţia ştiinţifică E2 – baza energetică E3 - combustibili E4 – materiale de

e c o s

Factori tehnici B1

B2 B3

CULTURA AGRICOLĂ (SPECIA CULTIVATĂ)

T1 T2 ,

T3 T4 T5

Producţie cantitativă şi calitativă

Omul (control eficient în ecosistem)

T1 – soiuri ameliorate T2 – lucrări mecanizate T3 - chimizare T4 - irigare T5 – organizarea şi sistematizarea teritoriului

Sistemului agricol (după Dejeu şi colab., 1997)

ª Biocenoza agricolă Este formată din plantele de cultură, împreună cu toate organismele vii existente în spaţiul de cultură (microorganisme, dăunători, buruieni etc.). Este o biocenoză simplă, mai puţin stabilă, Sporirea fiind vulnerabilă la accidentele climatice, dar mai ales dezechilibre biomasei generate de lipsa mecanismelor de autoreglare a efectivelor utile omului populaţiilor. Astfel, este necesară aplicarea lucrărilor specifice (tăieri, tratamente fitosanitare, praşile, irigaţii etc.). Aceste măsuri vizează sporirea biomasei utile (recolta plantei de cultură), nu realizarea unui echilibru între diferitele populaţii.

ª Subsistemul agrofitotehnic Cuprinde lucrările prin intermediul cărora omul îşi exercită controlul permanent în ecosistem: tratamente, sisteme de susţinere, praşile, tăieri, recoltare, fertilizare etc.

190

Ecosisteme amenajate

ª Subsistemul socio-economic Reprezintă totalitatea mijloacelor de mecanizare şi a materialelor de producţie (îngrăşăminte, pesticide, mijloace de susţinere etc.) introduse în ecosistem pentru menţinerea echilibrului acestuia. Interacţiunea acestor sisteme manifestată prin procese biologice de ambianţă fizico-climatică şi socio-economice desemnează ecosistemul agricol drept un sistemic bioeconomic, în care controlul structural şi funcţional se realizează prin Trăsăturile management agricol. ecosisteÎn ansamblu, ecosistemul agricol reprezintă o unitate mului funcţională creată de om pentru a controla procesele de producţie agricol de biomasă, creându-se o independenţă relativă faţă de restricţiile ecologice specifice ecosistemelor naturale. În acest context, ecosistemul agricol se individualizează prin: Ž productivitate biologică ridicată; Ž randament fotosintetic ridicat prin creşterea indicelui suprafeţei foliare (raportul dintre suprafaţa foliară şi suprafaţa de teren cultivată); Ž consumuri energetice ridicate, determinate de preluarea activităţii nişelor ecologice neocupate de către acţiuni consumatoare de energie; Ž accelerarea vitezei de circulaţie a elementelor chimice (în special, macroelemente) în ciclurile biogeochimice; Ž uniformitatea biocenozei şi, implicit, a biomasei produse; Ž menţinerea într-un stadiu tânăr (în care sunt predominante procesele de fixare a energiei, de producţie a substanţei organice); Ž eliminarea periodică a unei proporţii importante de biomasă; Ž prezenţa de substanţe chimice de sinteză mai mult sau mai puţin biodegradabile (pesticide, îngrăşăminte chimice etc.). Însuşirile sistemelor biologice se transmit şi ecosistemelor agricole. Transformările realizate de om la nivelul componentelor sistemului induce însă manifestări deosebite ale acestor însuşiri. Lucrările mecanice, tipul de îngrăşăminte folosite, rotaţia culturilor modifică însuşirile solului, fiecare din aceste acţiuni având repercusiuni asupra favorabilităţii momentane a solului pentru o specie dată şi influenţând tipul şi intensitatea noilor intervenţii, conform caracterului istoric. Nişe Integralitatea din ecosistemele agricole este mult afectată ecologice pentru că biocenozele au fost simplificate, rămânând multe nişe neocupate ecologice neocupate. Rolul lor în funcţionarea ecosistemului este preluat de activitatea omului (de exemplu, menţinerea unui anumit nivel al populaţiilor de insecte defoliatoare nu se realizează prin

191

Ecologie generală

activitatea consumatorilor de gradul al II-lea, ci prin tratamente cu insecticide, folosirea soiurilor rezistente etc.) Programul. La plantele din ecosistemele agricole se menţin programe specifice (de exemplu, răsucitul frunzelor în timpul arşiţei de vară), în timp ce altele sunt modificate în favoarea omului, urmărindu-se creşterea recoltei.6 Echilibrul dinamic. Pentru a evita dezechilibrul generat de competiţia dintre plantele de cultură şi buruieni intervin atât plantele, prin viteza de creştere, suprafaţă foliară, cât şi omul care aplică măsuri chimice sau mecanice pentru evitarea îmburuienării sau stabileşte epoca de semănat astfel încât plantele de cultură să acopere prin frunze solul înainte de răsărirea buruienilor.7 Eterogenitatea. Este mult mai redusă, atât la plantele de Stabilitate superioare, cât şi la consumatori, deoarece pe solă se cultivă, de redusă regulă, o singură specie, uniformitatea accentuându-se în cazul monoculturii. Efectul direct este cel de diminuare a stabilităţii, ecosistemele agricole fiind vulnerabile la variaţii relativ mici ale Autoreglare factorilor ecologici. dependentă Autoreglarea se realizează atât prin acţiunea plantelor de intervenţia cultivate, cât şi ca rezultat al intervenţiei antropice. Numărul redus al conexiunilor interne, rezultat din uniformitatea ridicată a omului biocenozei şi biotopului, determină rolul preponderent al omului în realizarea acestei însuşiri esenţiale pentru menţinerea ecosistemului. 9.2.3 Securitatea alimentară

1 calorie animală = 7 calorii primare

Consumul de alimente asigură între 1 764-3 535 kcal/zi/locuitor.8 Acestea pot fi luate din produsele vegetale şi animale consumate. Prezenţa în alimentaţie a unor aminoacizi esenţiali, care se găsesc numai în produsele de origine animală, face obligatorie şi utilizarea acestora în alimentaţie. O calorie stocată în biomasa consumatorilor (erbivorelor) este rezultată din mai multe calorii stocate de producători (plantele verzi). Astfel, aceasta se obţine din circa şapte calorii primare. În acest caz, o raţie alimentară de circa 3 501 kcal/zi, din care 1 709 kcal provin din produse animaliere, este echivalentă cu 13 755 kcal primare.9

Şchiopu, D., Ecologie şi protecţia mediului, Note de curs, USAMV Bucureşti, 1995, p. 210 Idem 8 Puia, I., Soran, V., Agroecosistemele şi alimentaţia omenirii, Bucureşti, Editura Ceres, 1990, p. 40 9 Idem, p. 42 6 7

192

Ecosisteme amenajate

Cum păsările şi ovinele consumă seminţe (furaje concentrate) înseamnă că acestea sunt în competiţie cu omul, în timp ce bovinele (exceptând cele îngrăşate în complexe specializate), consumând furaje grosiere, nu creează această situaţie. Totuşi, o raţie alimentară normală trebuie să includă şi furaje concentrate.

Indicele producţiei alimentare > Indicele creşterii populaţiei

Malnutriţie: - Subnutriţie - Supranutriţie

Ecosisteme naturale – proteine animale

Ecosisteme agricole – produse vegetale şi animale

10 11

Asigurarea necesarului de hrană pentru populaţie reprezintă una din variabilele cheie ale ecuaţiei populaţie în creştere - resurse limitate. Deşi societatea modernă a condus la o diversificare şi la o amplificare fără precedent a nevoilor umane, persistă încă deficienţe în satisfacerea nevoilor elementare, cum este şi nevoia alimentară. La nivel mondial, indicele producţiei alimentare l-a devansat pe cel al creşterii populaţiei. Ca o excepţie, la nivel zonal, o reprezintă continentul african, unde se manifestă o tendinţă inversă. Astfel, pe durata mai multor decenii indicele de creştere a populaţiei a fost, în medie, de aproximativ 3% pe an, în timp ce indicii producţiei alimentare s-au situat sub 2% pe an.10 Trăim, în prezent, într-o lume divizată sub aspect nutriţional, în care unii oameni mănâncă prea mult, iar alţii prea puţin. Ambele categorii suferă de malnutriţie. Este o ironie faptul că cei care sunt „suprahrăniţi” şi supraponderali, ca şi cei subnutriţi şi subponderali se confruntă cu probleme medicale similare, efectele asupra sănătăţii fiind asemănătoare – sensibilitate mai mare la îmbolnăviri, speranţă de viaţă redusă şi productivitate diminuată.11 Oferta alimentară a omenirii se bazează pe două componente fundamentale: ecosistemele naturale şi ecosistemele agricole, la care se adaugă ecosistemele parţial amenajate, cu rol productiv (de exemplu, acvaculturile). Prima categorie furnizează, încă direct, cantităţi însemnate, în special de proteine animale (de exemplu, ecosistemele marine, oceanice, ale apelor interioare), dar creşterea intensităţii exploatării înseamnă depăşirea capacităţii de refacere a biomasei prin mecanismele naturale. Rezultă faptul că cea mai mare parte din creşterea viitoare a ofertei mondiale de hrană trebuie să provină de pe terenurile cultivabile, din ecosistemele agricole. Variabilele care caracterizează această componentă sunt: suprafaţa disponibilă de a fi cultivată (terenuri agricole – arabil,

Bran, Florina, Fenomene ecologice şi riscuri economice, Bucureşti, Editura ASE, 2000, p. 60 Brow, L.R., Starea lumii 2000, Bucureşti, Editura Tehnică, 2000, p. 158

193

Ecologie generală

păşuni, fâneţe), reprezentând spaţiul de hrană; resursele de apă pentru irigaţii; fertilitatea solurilor; tehnologiile agricole şi materialul biologic.

ª Spaţiul de hrană Aria minimă de teren arabil care poate hrăni o persoană variază, printre altele, şi în funcţie de provenienţa alimentelor şi calitatea lor: la o dietă austeră, fără proteine animale şi fără grăsimi, bazată pe alimente de provenienţă vegetală, aria minimă este de 0.09 ha, în timp ce la o dietă bogată, cu produse vegetale şi animale, în parte prelucrate industrial, aria minimă este de 0.62 ha.12 Din suprafaţa uscatului de 14.8 miliarde hectare, suprafaţa agricolă este de 4.1 miliarde hectare, adică 28%. Dacă luăm în calcul numai suprafaţa arabilă, ca spaţiu propriu-zis de hrană, aceasta reprezintă doar 10% din total. Raportând terenul productiv la 0.26 ha/loc. numărul de locuitori (6.1 milia rde î n 2000) rezul tă un s pa ţiu de hra nă de 0.26 hectare/locuitor, altfel spus 3.8 persoane 3.8 loc./ha la un hectar. Această valoare acoperă însă diferenţieri mari între continente şi ţări. În Asia, de exemplu, norma de teren agricol care revine unei persoane este de 0.15 hectare, de circa 4.3 ori mai mică decât cea din America de Nord şi America Centrală.13 În ţara noastră revin aproximativ 0.4 ha de teren arabil şi 0.8 ha teren agricol (arabil, pajişti, plantaţii).14 Ţinând seama de dublarea populaţiei în perspectiva anului 2100, norma de teren arabil se va reduce la mai puţin de jumătate, adică la 0.13 hectare, sub suprafaţa pe care o reprezintă în prezent în China, în condiţiile în care suprafeţele actuale se vor menţine constante.15 Luând în considerare şi posibilitatea modificării suprafeţei în Extindere = sensul creşterii, trebuie menţionat faptul că aceasta nu are întotdeauna efecte pozitive. „Sunt cunoscute atâtea exemple când defrişare, desţelenire acestea s-au făcut pe seama reducerii nejustificate a unor terenuri păşuni, forestiere sau terenuri ocupate cu păşuni şi fâneţe şi mai puţin prin fâneţe atragerea în circuitul agricol a unor terenuri neproductive sau slab productive.”16 Mai mult, există numeroşi factori naturali şi antropici care diminuează suprafaţa productivă: eroziunea solului; deşertificarea;

Bran, Florina, op. cit, p. 159 Bulgaru, M., Dreptul de a mânca, Bucureşti, Editura Economică, 1996, p. 72 14 Bran, Florina, op. cit, p. 65 15 Brown, L.R., op. cit, p. 163 16 Bulgaru, M., op. cit., p. 72 12 13

194

Ecosisteme amenajate

degradarea chimică şi antropizarea (utilizarea terenului în alte scopuri decât cel agricol – urbanizare, industrializare, turism etc.).17

ª Resursele de apă pentru irigaţii

17% terenuri irigate → 40% din hrană

Împădurire Poluare

Folosirea irigaţiilor a însemnat una din primele acţiuni de control a factorilor ecologici de către om, respectiv de modificare a biotopului. Aceasta a permis crearea unor surplusuri imense de hrană cu implicaţii profunde în organizarea, ierarhizarea şi dezvoltarea societăţii. Importanţa irigaţiilor este susţinută de câteva date statistice relevante. Astfel, multe ţări, între care China, Egipt, India, Indonezia, Pakistan se bazează pe terenuri irigate pentru obţinerea a peste jumătate din producţia internă de alimente. De asemenea, circa 40% din hrana lumii provine din 17% terenuri agricole care sunt irigate. India, China, Pakistan, S.U.A. (concentrând şi o proporţie însemnată a populaţiei mondiale) însumează peste jumătate din terenurile irigate la nivel mondial.18 Apele folosite pentru irigaţii pot proveni din două categorii de surse: de suprafaţă (lacuri, râuri) şi subterane. Ambele surse pot deveni limitative pentru practicarea agriculturii. Debitul apelor de suprafaţă depinde de regimul climatic şi de gradul de împădurire al bazinelor hidrografice, iar, din punct de vedere calitativ, încărcarea apelor cu poluanţi sau mineralizarea ridicată sunt principalii factori care determină disponibilitatea pentru irigaţii.

Tabelul nr. 9-1 Suprafeţe agricole irigate ale primelor 20 de ţări şi totalul în lume, 1995

Nr. crt. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Ţara India China S.U.A. Pakistan Iran Mexic Rusia Thailanda Indonezia

Suprafaţa irigată (mil. ha) 50.1 49.8 21.4 17.2 7.3 6.1 5.4 5.0 4.6

Proporţia de teren agricol care este irigată (%) 29 52 11 80 39 22 4 24 15

Bleahu, M., Priveşte înapoi cu mâine... Priveşte înainte cu teamă, Bucureşti, Editura Economică, 2002, p. 106-107 18 Brown, L.R., op. cit. p. 46 17

195

Ecologie generală

Nr. crt.

Ţara

10. Turcia 11. Uzbekistan 12. Spania 13. Irak 14. Egipt 15. Bangladesh 16. Brazilia 17. România 18. Afganistan 19. Italia 20. Japonia 21. Alte ţări Totalul global

Suprafaţa irigată (mil. ha) 4.2 4.0 3.5 3.5 3.3 3.2 3.2 3.1 2.8 2.7 2.7 52.4 255.5

Proporţia de teren agricol care este irigată (%) 15 89 17 61 100 37 5 31 35 25 62 17

Sursa: UN Food and Agriculture Organization (1997), 1996 Production yearbook, Rome

Epuizarea pânzelor freatice

Pomparea apei din surse subterane este singura soluţie de menţinere a ecosistemelor agricole în zonele unde densitatea reţelei hidrografice este redusă – majoritatea zonelor aride. În prezent, o parte însemnată a pânzelor freatice importante sunt supraexploatate, extrăgându-se un volum mai mare de apă decât cel care se reîntoarce prin infiltrare.19

ª Fertilitatea solurilor

Corelarea fertilizării cu „exportul” prin recoltă

19

condiţionează direct productivitatea ecosistemelor agricole fiind dependentă de numeroşi factori (aprovizionarea cu elemente nutritive, pH, proprietăţi aerohidrice etc.). Pentru menţinerea potenţialului productiv pe termen lung este necesară o gestionare atentă prin stabilirea raţiilor de îngrăşăminte corelată cu cerinţele fiecărei specii cultivate, dar şi cu ritmul de diminuare a rezervei organice reprezentate de humus. Brown (2001) atrage atenţia asupra faptului că, deşi utilizarea îngrăşămintelor chimice a permis triplarea recoltei agricole la nivel mondial după 1950, o evoluţie similară nu mai este posibilă. Această restricţionare rezultă din randamentul scăzut de valorificare care conduce la eliminarea excesului în apele subterane şi ecosistemele marine, unde se declanşează dezechilibre ecologice. Ciclurile biogeochimice din agroecosisteme, care asigură refacerea fertilităţii solului, sunt dependente de om; singura legătură cu ecosistemele naturale învecinate sau precedente

Bran, Florina, Ioan, Ildikó, Ecosferă şi politici ecologice, Bucureşti, Editura ASE, 2002, p. 46

196

Ecosisteme amenajate

Funcţie antierozională redusă

agroecosistemelor se realizează prin populaţiile de fitofagi sau alţi dăunători care nu pot fi distruşi sub o anumită limită. Caracterul nesaturat al agrobiocenozei reduce la valori extrem de mici funcţia antierozională manifestată de biocenozele naturale, fapt ce face ca, sub acţiunea apei, să fie îndepărtate din agroecosisteme nu numai anumite elemente, ci chiar cantităţi apreciabile de sol. Fenomenul se corelează direct cu reducerea corespunzătoare a productivităţii, mergând până la dezechilibrarea completă a agroecosistemului.20

ª Tehnologiile agricole Prin abordarea sistemică a agriculturii contemporane şi prin crearea de complexe agricole, recoltele se ridică la maximum posibil în condiţiile unui aport optim de materie, energie şi informaţie, Randament controlate fiind de factorul antropic. fotosintetic Perfecţionarea agrotehnicii, prin aplicarea rezultatelor ridicat cercetării ştiinţifice explică randamentul sporit în conversia energiei solare. În acelaşi timp, tehnologiile moderne au la baza consumuri energetice ridicate, bazate în special pe utilizarea energiei fosile.

ª Materialul biologic În ecosistemele agricole, omul duce la extrem simplificarea reţelei trofice, dirijând întreaga activitatea productivă în vederea satisfacerii nevoilor proprii. Simplificarea este dublată de o uniformizare permanentă a întregului sistem agricol mondial 30 specii de datorită, pe de o parte, restrângerii speciilor cultivate şi, pe de altă parte, chiar în cadrul acestora, printr-o eliminare a soiurilor şi plante 7 specii de raselor cu productivitate nesatisfăcătoare. Aproape întreaga animale cantitate de resurse alimentare mondiale era realizată, la nivelul anului 1980, pe seama cultivării a 30 de specii de plante (grâu, orez, porumb, cartof, batate, manioc etc.) şi a creşterii a 7 specii de animale (porci, bovine, păsări). 21 Pe de altă parte, ameliorarea speciilor constituie unul din factorii motori care au permis valorificarea din ce în ce mai eficientă a biotopului agricol. În continuare, potenţialul de producţie şi Gestionare însuşirile de rezistenţă ale soiurilor/raselor constituie cheia de boltă informapentru asigurarea continuităţii recoltelor, dar şi pentru extinderea ţională spaţiului de hrană. Intervenţia asupra materialului biologic este un caz tipic de gestionare informaţională. Omul modifică informaţia genetică 20 21

Bran, Florina, op. cit., p. 160 Idem, p. 165

197

Ecologie generală

OMG – organisme transgenice

pentru a obţine manifestări fenotipice favorabile, respectiv pentru a spori eficienţa utilizării resurselor de energie şi de substanţă. O direcţie inovatoare şi controversată în acelaşi timp o reprezintă folosirea organismelor modificate genetic (OMG) (tabelul nr. 9-2). Acest termen generic se aplică organismelor cărora li s-au transferat gene de la o altă specie, fără a exista o legătură filogenetică, ele fiind cunoscute şi sub denumirea de organisme transgenice. Principalul avantaj care a promovat OMG-urile îl reprezintă posibilitatea de a obţine într-un timp incomparabil mai scurt calităţile dorite pentru o specie, la care se adaugă aceea de a „manipula” însuşirile favorabile dincolo de barierele genetice interspecifice.

Tabelul nr. 9-2 Organismele modificate genetic (OMG) şi utilizările lor Scopul modificării OMG Modificarea genetică Sursa de gene genetice OMG utilizate în prezent Rezistenţă la atacul Bacillus Reducerea pagubelor Porumb dăunătorilor thuringiensis determinate de insecte Creşterea eficienţei în Soia Toleranţă la erbicide Streptomyces controlul îmburuienării Rezistenţă la atacul Bacillus Reducerea pagubelor Bumbac dăunătorilor thuringiensis determinate de insecte Escherchia Producerea de chynozin Fabricarea Bovine coli şi renin brânzeturilor Diversificarea Garoafe Alternanţe de culori Fresia producţiei de flori OMG în curs de realizare Viţa de Rezistenţă la atacul Bacillus Reducerea pagubelor vie dăunătorilor thuringiensis determinate de insecte Peştele Hormoni de creştere Somonul arctic Intensificarea creşterii Tilapia Creşterea eficienţei în Plopi Toleranţă la erbicide Streptomyces controlul îmburuienării Somon Hormoni de creştere Somonul arctic Intensificarea creşterii Eucalipt

Lignină modificată

Pinus sp.

Procesarea hârtiei

Orez

Exprimarea betacarotenului

Erwina

Adaos de micronutrienţi

Ovine

Anticorpi în lapte

Homo sapiens sapiens

Obţinerea de lapte fortificat

Primii beneficiari Producătorii agricoli Producătorii agricoli Producătorii agricoli Prelucrători consumatori Distribuitori, consumatori Producătorii agricoli Piscicultori Silvicultori Piscicultori Silvicultori, industria hârtiei Consumatorii deficitari în vitamina A consumatori

Sursa: FAO, Roma, 2001

Argumentaţia ostilă utilizării OMG-urilor pleacă de la considerente cum sunt: riscul potenţial pe care îl comportă în relaţia directă cu sănătatea, impactul indirect asupra ecosistemelor, şansele noilor generaţii etc.

198

Ecosisteme amenajate

Înlocuirea biocenozelor naturale

Crearea ecosistemelor agricole echivalează cu înlăturarea de pe o anumită suprafaţă a biocenozelor naturale, instituite de-a lungul unor îndelungate perioade de evoluţie şi înlocuirea lor cu biocenoze mai simple, controlate de om. Primele agroecosisteme păstrau, cu siguranţă, un număr apreciabil de populaţii biologice din ecosistemele naturale pe care le înlocuiau. Ele se întindeau pe suprafeţe restrânse, încadrându-se în ansamblul natural, fără să prejudicieze structura iniţială a acestui ansamblu. Dispunerea lor spaţială era condiţionată de extinderea spaţială a biotopurilor naturale favorabile plantelor de cultură. Cu timpul, ele s-au lărgit prin amenajări artificiale ale acestor biotopuri. Cadrul nr. 9-2 Extinderea ecosistemelor agricole prin desecări şi irigaţii

În luncile inundabile ale fluviilor, ale Nilului, Tigrului şi Eufratului etc., extinderea s-a efectuat prin desecări; în zona aridă acest lucru s-a făcut prin practicarea irigaţiilor. Biocenoza agricolă pe care o impune omul în biotopul amenajat este similară stadiului tânăr de colonizare din seria dinamică a ecosistemelor naturale, cu deosebirea că omul favorizează speciile utile în locul celor cu adaptări naturale eficiente.

Perfecţionarea mecanismelor ecologice

Omul menţine în permanenţă caracterul juvenil, nesaturat al ecosistemului agricol, înlăturând prin agrotehnică producătorii de biomasă neutilizabilă în dieta proprie sau a animalelor domestice, precum şi pe unii consumatori. El determină acumularea de cantităţi semnificative de biomasă vegetală pe care o utilizează pentru nevoile sale. Cea mai mare parte a acestei biomase, reprezentând resursele alimentare pentru om şi animalele domestice, este exportată în afara ecosistemelor şi consumată pe arii restrânse. Mărimea biomasei este mai mare decât canitatea obţinută din ecosistemele naturale, randamentele fotosintetice şi ale asimilării fiind îmbunătăţite comparativ cu cele din natură.22

9.3 Ecosisteme urbane

Ecpsistemele urbane sunt reprezentate de aşezările umane unde se creează relaţii specifice de interacţiuni între un mediu puternic transformat de om şi comunitatea umană. Relaţiile se încadrează, cu precădere, în sfera socio-economică şi clădesc o entitate distinctă creată şi controlată de om. Alături de acestea, s-au edificat structuri specifice organizării ecosistemice ca o manifestare a tendinţei formelor de viaţă de a-şi extinde continuu teritoriul explorat, de a valorifica întregul potenţial al mediului.

22

Bran, Florina, Relaţia om-mediu în pragul anului 2000, Bucureşti, Editura ASE, 2000, p. 45

199

Ecologie generală

ª Biotopul urban

Elemente alogene

Este puternic artificializat, încărcat cu elemente alogene (clădiri, infrastructură, căi de comunicaţie etc.) pentru a satisface nevoi umane din ce în mai diversificate, apărute o dată cu sporirea gradului de civilizaţie. Modificarea caracteristicilor suprafeţei active induce o topoclimă specifică, cu influenţe negative asupra posibilităţii de dispersare a poluanţilor, respectiv asupra calităţii aerului (cadrul nr.9-3). Cadrul nr. 9-3 Topoclima urbană

Suprafaţa activă în ecosistemul urban se încălzeşte puternic. Cauzele acestui fenomen sunt legate de caracteristicile materialelor de construcţie (piatră, ciment, sticlă, metal) care acumulează mai multă căldură decât covorul vegetal la aceeaşi cantitate de energie radiantă solară, dar şi de necesitatea încălzirii clădirilor pe durata sezonului rece. Un efect compensator în această direcţie îl are transparenţa redusă a atmosferei, care diminuează intensitatea radiaţiei solare. Încălzirea este determinată şi de particularităţile circulaţiei curenţilor de aer. Aglomerarea clădirilor de înălţimi mari determină formarea de unităţi celulare în care aerul practic se recirculă, ceea ce împiedică schimbul de căldură, pe de o parte, şi împrospătarea aerului, pe de alta. Rezultă de aici o altă caracteristică a climei oraşului – schimbul de aer redus cu exteriorul şi acumularea poluanţilor. Acest lucru favorizează formarea de inversiuni termice care se materializează în aşa numita „pernă” sau „cupolă staţionară”.23 Rezultă de aici efectele sanogenetice nedorite, caracterul încărcat al aerului urban.

Fig. 9-2 Atmosfera în biotopul urban (după Reichholf, 1999)

O altă caracteristică a biotopului urban este diversitatea, existând însă posibilitatea delimitării unor fragmente relativ omogene, specifice fiecărui ecosistem urban (construcţii, locuinţe, grădini, parcuri periurbane şi urbane, ziduri vechi, lacuri şi alte medii acvatice etc.)

23

Ciulache, S., Clima oraşului, Bucureşti, Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, 1980, p. 116

200

Ecosisteme amenajate

„Reziduurile” – factori limitativi

În acelaşi timp, se manifestă efectele liniarizării proceselor de transformare a substanţei prin concentrarea „reziduurilor” în atmosferă, sol, apă ceea ce limitează nivelul de populare, supravieţuind numai speciile cu valenţă ecologică suficient de largă.

ª Biocenoza urbană se diferenţiază de multe ori substanţial de biocenoza ecosistemelor naturale specifice localizării respective. De asemenea, se pot identifica câteva trăsături comune ale acesteia indiferent de configuraţia factorilor de mediu naturali. Prin urmare, aşezările urbane sunt atractive pentru numeroase specii de animale prin: Ž abundenţa şi accesibilitatea resurselor de hrană reprezentate de depozitele de alimente, deşeurile menajere, dar şi de hrana oferită de om; Ž adăpostul relativ pe care îl oferă faţă de prădători şi factorii climatici nefavorabili. Astfel, unele specii s-au adaptat atât de bine la condiţiile biotopului urban, încât devine dificilă disocierea lor de acest mediu şi analiza comportării lor originare. Adaptarea este favorizată de manifestarea slabă a concurenţei interspecifice, speciile având posibilitatea de a-şi lărgi nişele ecologice.24

Fig. 9-3 Lărgirea nişei ecologice a şoarecelui de casă în ecosistemul urban (după Reichholf, 1999)

24

Reichholf, J., A települések ökológiája, Magyar Könyvklub, 1999, p. 37

201

Ecologie generală

Sub raport energetic, aglomerările urbane sunt dependente de un flux energetic deosebit de intens, alimentat de ecosistemele agricole şi surse de energie mai mult sau mai puţin regenerabile. La nivelul unui oraş, al ecosistemului urban, se vor lua în considerare ca factori ecologici elemente cum sunt: energia extrasomatică (energia utilizată în afara organismelor vii), fluxurile energiei somatice şi alimentare, posibilităţile de reciclare a materialelor, structurile edificate de om, zonele libere, transportul, caracteristicile populaţiei, cultura şi civilizaţia umană, suprafaţa şi repartizarea spaţiilor verzi etc.25 9.4 Ecosisteme rurale Localităţile rurale sunt cele mai vechi aşezări umane, a căror formare este indisolubil legată de stabilizarea populaţiei, respectiv „decuparea” primelor suprafeţe din natură pentru a impune Agricultură, controlul uman. păduri, În analiza ecosistemelor rurale, intervine nevoia de a integra locuire informaţii referitoare la ecosistemele naturale şi la ecosistemele agricole, între care se manifestă aici fluxuri mai mult sau mai puţin intermediate de activitatea omului. Criteriile pentru definirea caracterului rural al unui spaţiu relevă adoptarea unor concepţii foarte diferite:26 9 în Franţa, spaţiul rural este acel teritoriu unde predomină producţia agricolă, iar elementele naturii se găsesc în stare mai pură; 9 în Belgia, se consideră că spaţiul rural defineşte, în primul rând, un anumit gen de peisaj, fiind vorba de un teritoriu cultivat de om; 9 în Germania, sunt considerate spaţii rurale toate spaţiile care se găsesc în afara zonelor de mare densitate a populaţiei umane; 9 în S.U.A., în funcţie de ponderea populaţiei agricole, se vorbeşte despre rural agricol (rural farm) şi rural neagricol (rural non-farm) etc.

Ecosistemul rural este format de aşezările rurale şi suprafeţele de teren pe care acestea îşi exercită influenţa (terenuri agricole, păduri, păşuni, fâneţe), unde se corelează ritmul activităţilor social-economice cu ritmul proceselor naturale. -

25 26

Componentele ecosistemelor rurale sunt reprezentate de: terenul cultivat, păşunile şi fâneţele inclusiv amenajările introduse de om, care constituie, de fapt, ecosisteme agricole;

Cândea, Melina, Bran, Florina, op. cit., p. 368 Idem, p. 117

202

Ecosisteme amenajate

aşezarea rurală, ca o celulă organizatoare a vieţii rurale, care se diferenţiază după tipul de habitat determinat de Teren condiţiile naturale şi activităţile agricole specifice; cultivat şi grupul uman (populaţia) – alături de care apar, de la caz la gospodărit caz, alte componente socio-economice, mai mult sau mai puţin specifice spaţiului rural. De altfel, componentele Aşezarea socio-economice ale ecosistemelor rurale sunt acelea care rurală măsoară gradul şi intensitatea procesului de umanizare în spaţiul respectiv; indică eficienţa sau ineficienţa intervenţiei Grupul omului asupra factorilor de mediu şi sintetizează modele de uman viaţă socială şi forme de organizare şi gestionare a spaţiului geografic. Localizarea ecosistemelor rurale este corelată, asemenea tuturor ecosistemelor naturale, cu accesibilitatea unor resurse vitale pentru comunităţile de oameni. Între acestea, prezenţa resurselor de apă a fost hotărâtoare, iar caracteristicile acestora şi configuraţa altor Resurse de resurse şi condiţii au influenţa formele de organizare a apă ecosistemelor rurale. În zonele montane favorabile păşunatului, izvoarele au generat aşezări risipite sau doar amenajări umane folosite în scop zootehnic, turistic sau forestier. Liniile de izoare de la contactul mediilor fizice (munte – Subcarpaţi, Subcarpaţi – dealuri – câmpie), Fapte beneficiind de spaţii productive pentru agricultură, au favorizat socialecosisteme rurale cu structură ramificată. În cazul piemonturilor, cu istorice spaţii reduse pentru actvităţi economice primare, ecosistemele rurale sunt compacte.27 La confluenţele de apă, în microdepresiuni, „zonele de răspântie”, mai ales în câmpie, au fost favorizate variate forme de localizare a vetrelor rurale, care s-au transformat ulterior în centre industriale sau comerciale. Văile marilor râuri au generat, în diverse zone ale luncilor lor, adevărate „furnicare” umane, adăpostite în cele mai diverse forme şi tipuri de locuire. Nilul, „fluviul minune”, este, poate, cel mai bun exemplu din istoria omenirii, unde dezvoltarea ecosistemelor rurale a fost corelată cu ritmul exogen, al Activităţi inundaţiilor anuale. economice Inundaţiile, alunecările de teren şi alte fenomene geomorfologice au obligat comunităţile rurale să se stabilească pe promontorii naturale de tip „popină”, ori „grădişte”, care asigurau şi o protecţie socială şi strategică. -

27

Cucu, V., Geografia aşezărilor rurale, Târgovişte, Editura Domino, 2000, p. 49-51

203

Ecologie generală

Evenimentele istorice, dar şi activităţile economice, în special cele agricole, au influenţat, întemeierea de noi aşezări, precum şi „dispersarea” comunităţilor prin procese de roire ori transhumanţă. Organizarea ecosistemului rural este determinată de modul în care se poziţionează elementele componente cheie („dominante”). Pe baza acestui criteriu, se identifică mai multe tipuri morfostructurale de sate (cadrul nr. 9-4), caracteristice şi unor particularităţi ale biotopului, în special cele determinate de marile unităţi de relief. Cadrul nr. 9-4 Tipuri morfostructurale de sate

Satele risipite (împrăştiate, diseminate, cu case izolate) constituie ecosistemele rurale cele mai simple, născute din simţul practic, puterea de intuiţie şi adaptare a omului la un mediu natural cu un potenţial economic specific. Reprezintă faza embrionară a localităţii rurale, atât sub raport structural, cât şi în ceea ce priveşte funcţionarea. Structura este extrem de simplă, cu gospodării puternic dispersate pe versanţi sau pe podurile mai netede ale platformelor. Ocupaţia de bază a locuitorilor este creşterea animalelor pe baza folosirii extensive a fâneţelor şi valorificării păşunilor alpine şi subalpine. Satele răsfirate constituie, din punct de vedere structural, un tip de tranziţie de la risipire excesivă la adunare, în care se observă o tendinţă evidentă de separare a vetrei de moşie. Organizarea interioară nu este influenţată atât de relief, cât de ocupaţia locuitorilor. Creşterea ecosistemului rural se face prin construcţii noi, amplasate periferic. Ca urmare, sporul de populaţie contribuie la extinderea suprafeţei satului pe axe radiare, tentaculare şi generează forme variate de vatră. Satele adunate se formează prin agregarea gospodăriilor astfel încât vatra se separă complet de moşie. Astfel de sate apar în zona de câmpie, în partea joasă a depresiunilor intramontane, submontane sau intracolinare. Acest ti p morfostructural este caracteristic ecosistemelor rurale în care predomină ecosisteme agricole, iar fragmentarea reliefului este redusă. Gruparea gospodăriilor se datorează întemeierii sloboziilor de către mănăstiri, nobili, precum şi „înlesnirii alimentării cu apă de-a lungul văilor cu lunci largi din regiunile stepice.”28 Sunt, în general, sate cu un număr mare de locuitori, iar activităţile economice predominante sunt agricole, cu deosebire cultivarea cerealelor.

Elemente alogene puţine Refolosirea deşeurilor

28

Elementele alogene din ecosistemele rurale sunt mai puţin agresive, dispunerea lor reflectă o aorecare „supunere” în faţa legilor obiective ale naturii. Acumularea deşeurilor este, de asemenea, un proces cu intensitate scăzută datorită satisfacerii unui număr semnificativ de nevoi din autoconsum, astfel că nu mai sunt introduse produse cu diferite ambalaje, datorită posibilităţilor multiple de valorificare a deşeurilor organice în cadrul gospodăriilor.

Cucu, V., Geografie umană şi economică, Bucureşti, Editura Printech., 1998, p. 89

204

Ecosisteme amenajate

9.5 Ecosisteme industriale

Industrial

Ð toate activităţile umane

Asocierea atributului industrial cu noţiunea de ecosistem are, aparent, caracterul unei contradicţii, a unei situaţii imposibile. Faptul se datorează obişnuinţei de a considera ecologia şi sistemele pe care le studiază în termenii definiţiei clasice – „economia naturii”. Dar, nu trebuie să uităm faptul că şi noi, oamenii, împreună cu tehnologiile noastre, suntem parte intengrantă a naturii. „Natura înseamnă totul, inclusiv omul cu «minunatele lui ... maşini lucrătoare».”29 Primele studii de ecologie aplicată s-au concentrat mai multe asupra efectelor determinate de poluare şi mai puţin asupra modului în care se produc emisiile. În ecologia industrială, cercetările pleacă de la o abordare diametral opusă: sistemul industrial trebuie interpretat ca un ecosistem, fiid caracterizat de mijlocirea continuă a unui flux de substanţă, energie şi informaţie. Mai mult, întregul sistem industrial se bazează pe resurse şi servicii furnizate de celălalte ecosisteme, de care nu poate fi disociat. Conţinutul atributului „industrial” este, în acest context, mai larg, el cuprinzând toate activităţile umane care au loc în societatea tehnologică modernă – turism, menaje, servicii medicale, transporturi, industrie etc. Ecosistemul industrial s-a conceptualizat plecând de la nevoia de a identifica o abordare practică a durabilităţii şi de a aduce răspunsul la întrebarea „Cum poate fi operaţionalizat conceptul de dezvoltare durabilă într-un mod fezabil din punct de vedere economic?” În ecosistemele industriale, se admite prezenţa aşa-ziselor lanţuri trofice industriale, pe baza cărora s-a formulat conceptul de parc (reţea) industrial ecologic (PIE).

Parcul industrial ecologic este un ansamblu de întreprinderi care cooperază pentru a

valorifica cât mai bine resursele prin recuperarea reciprocă a deşeurilor pe care le generează (deşeul produs la o întreprindere este folosit ca materie primă la o altă întreprindere).

Noţiunea de parc are un conţinut funcţional, asemenea ecosistemului, şi nu are o proiecţie spaţială. În prezent, sunt în fază de proiectare peste 50 de PIE, în special în America de Nord, Europa de Vest şi Asia. Analog cu modelul natural al structurii funcţionale, şi în ecosistemele industriale se diferneţiază componente cu funcţii

29

Bran, P., Economica valorii, Bucureşti, Editura ASE, 2001, p. 26

205

Ecologie generală

specifice, mai mult sau mai puţin importante, pentru integralitatea sistemului. Astfel, centralele producătoare de electricitate reprezintă o „specie cheie”. Producţia Adoptarea modelului „ecosistem” în proiectarea de întreprinderilor industriale va însemna şi abandonarea realizării electricitate unor unităţi singulare. Astfel, dacă obiectivul principal este o fabrică de prelucrare a trestiei de zahăr, ecosistemul industrial va mai cuprinde o fabrică de hârtie, o rafinărie, o centrală termică pentru a recupera toate produsele secundare. Edificarea ecosistemelor industriale va avea la bază următoarele principii: ƒ deşeurile şi produsele secundare trebuie valorificate sistematic, asemenea proceselor trofice din ecosistemele naturale, unde toate reziduurile devin resurse. Reciclarea este numai un aspect, care vizează, în general, produsele finite, după ce s-a încheiat durata de viaţă a acestora; ƒ diminuarea pierderilor prin dispersarea care se produce o dată cu trecerea produselor finite la consumatori; ƒ economia trebuie dematerializată, pentru a se minimiza fluxul de substanţă şi energie. De exemplu, promovarea telefoniei mobile, înlocul telefoniei fixe, economia bazată pe internet ş.a.; ƒ diminuarea contribuţiei energetice a combustibililor fosili. Deşi relativ nou, conceptul de ecosistem industrial a fost deja pus în aplicare. Astfel, în Danemarca, acesta s-a materializat în Simbioza Simbioza industrială de la Kalundberg, în care sunt implicate: industrială centrala termoelectrică Asnćs, o rafinărie de petrol norvegiană, o Kalundberg companie multinaţională de biotehnologii (Novo Nordisk), o companie suedeză de materiale de construcţii (Gyproc), oraşul 6 companii Kalundberg care beneficiază de energia termică, o companie care se ocupă cu refacerea solului (Bioteknisk Jordrens) şi alte companii mai mici la care ajung fluxurile de substanţă şi energie. Ecosistemele industriale nu sunt imitaţii ale ecosistemelor naturale. Ceea ce s-a preluat din noţiunea de ecosistem este însăşi Respectarea esenţa ei, respectiv funcţionarea asigurată de fluxul continuu de principiilor substanţă şi energie. Cu alte cuvinte, imitaţia a fost depăşită prin ecologice adoptarea principiilor pe care se bazează fenomenele ecologice şi prin interpretarea lor în termenii civilizaţiei industriale.

206

Ecosisteme amenajate

Verificarea cunoştinţelor •

Realizaţi o analiză comparativă între ecosistemele agricole şi cele naturale. Explicaţi modul în care se modifică echilibrele relative şi importanţa intervenţiei umane.

•

Analizaţi variabilele care condiţionează asigurarea resurselor de hrană prin funcţionalitatea ecosistemelor agricole.

•

Identificaţi componentele care particularizează ecosistemele amenajate în ecosistemele agricole şi urbane.

•

Care sunt factorii de mediu specifici în ecosistemul urban? Cum reacţionează componentele biocenotice?

•

Explicaţi mecanismul lărgirii nişelor ecologice în ecosistemul urban.

•

Care este conţinutul conceptului de ecosistem industrial?

207

208

10. ETEROGENITATEA PEISAJULUI

10.1 Spaţiul şi fenomenul ecologic 10.2 Noţiunea de scară în ecologie 10.3 Factorii diversificării 10.4 Analiza structurală

- ecologia peisajului - eterogenitate spaţială - scări spaţiale - nivel de organizare - scară ecologică

- feed-back - gradient - procese demografice - compoziţie - configuraţie

Obiective ) Integrarea dimensiunii spaţiale în înţelegerea fenomenului ecologic ) Cunoaşterea metodologiei de analiză spaţială a utilizate în studiul peisajelor eterogene ) Identificarea factorilor fizici şi biotici care determină diversificarea peisajelor ) Cunoaşterea posibilităţilor de corelare a scărilor spaţiale şi temporale cu procesele ecologice ) Înţelegerea importanţei analizei spaţiale a peisajelor eterogene în perspectiva fundamentării proceselor decizionale implicate în stabilirea utilizării terenurilor

209

Ecologie generală

10.1 Spaţiul şi fenomenul ecologic Tratarea fenomenelor ecologice într-o perspectivă spaţială constituie o preocupare relativ recentă în ecologie, motivată, în principal, de nevoia de a furniza informaţii realiste privind Abordarea evoluţia fenomenelor pentru care nu există posibilitatea spaţială a fenomenului investigării empirice. Astfel de informaţii sunt din ce în ce mai ecologic solicitate în procesele decizionale, având în vedere necesitatea conservării peisajelor, ecosistemelor, speciilor, ceea ce nu înseamnă altceva decât justificarea unei anumite utilizări a terenurilor. Ecologia peisajului sau ecologia spaţiului aduce în centrul Eterogenitatea peisajului atenţiei eterogenitatea spaţială, fapt care o diferenţiază de abordarea din perspectiva clasică, în care se presupunea că sistemele GIS analizate sunt omogene în spaţiu. Dezvoltarea acestei noi direcţii de Sisteme cercetare a fost posibilă şi ca urmare a perfecţionării mijloacelor de automate investigare în profil teritorial. Astfel, Sistemul Informatic Geografic de (Geographic Information System - GIS) a permis atât colectarea de date, monitorizare cât şi disponibilizarea unei largi varietăţi de analize ale acestora. Spaţiul este ultima frontieră în ecologie. Partea cea mai importantă a istoriei acestei ştiinţe s-a desfăşurat într-o percepţie nonspaţială: concurenţi perfect amestecaţi cu organismele pradă; ecosisteme concepute ca „bazine” omogene de carbon şi elemente nutritive. Cu toate acestea, spaţiul este foarte important pentru acest domeniu al investigării ştiinţifice, întrucât: È Ecologia este definită ca studiu al interacţiunii dintre organisme şi mediul lor lipsit de viaţă, iar acest mediu este profund spaţial (se modifică în spaţiu); È Ecologia este, de asemenea, definită ca domeniu de studiu al interacţiunilor, iar intensitatea acestora variază în funcţie de distanţa dintre elementele implicate, iar distanţa implică localizare spaţială. Ecologia spaţială se concentrează asupra eterogenităţii şi tipologiei spaţiului, încercând să evidenţieze modul în care pot fi descrişi factorii care le generează, respectiv implicaţiile lor şi modificările care apar o dată cu trecerea timpului. Caracterizarea diferitelor tipuri de peisaje implică identificarea lor şi stabilirea scării la care se manifestă, urmată de o descriere statistică sau cantitativă. Factorii diversificării şi ai formării diferitelor tipuri de peisaje sunt de natură abiotică, rezultat al reacţiilor demografice. Aceşti factori sunt determinaţi de regimul perturbărilor, care se suprapun peste cei demografici. Dinamica peisajelor este, în general, evidenţiată prin modelare, întrucât experimentarea este tehnic imposibilă la scară spaţială şi, implicit, temporală. Eterogenitatea spaţială influenţează populaţiile, comunităţile, ecosistemele, cunoaşterea acestor

210

Eterogenitatea peisajului

interacţiuni devenind extrem de importantă pentru fundamentarea biologiei conservării şi a managementului ecosistemelor. 10.2 Noţiunea de scară în ecologie Problema dimensiunii spaţiale a ecosistemelor face obiectul a numeroase dezbateri teoretice în ecologie. Ea a fost luată în considerare într-o manieră explicită în teoria mijloacelor insulare a lui McArthur şi Wilson (1967), conform căreia natura şi bogăţia, specifice populaţiilor insulare, depind de mărimea insulei. Conceptul de sistem ecologic s-a impus în cercetarea ştiinţifică din acest domeniu, astfel că, în continuare, se ridică problema scării la care vor fi abordate aceste sisteme. Complexitatea sistemelor ecologice, adesea fragmentate, eterogene şi schimbătoare trebuie abordată la scară spaţială diferită, luându-se în considerare şi modul în care scara spaţială interferează cu cea temporală. „Scările temporale şi spaţiale ale Scări spaţiale investigaţiilor comune determină gama de modele şi procese care pot fi detectate şi, prin urmare, nivelul de înţelegere şi de explicaţie care poate fi atins.”1 De exemplu, anumite procese pot conduce, pe plan, local la dispariţia definitivă sau temporară a unei specii, în timp ce ea este Scări temporale în plină ascensiune în alte locuri. Pe de altă parte, problema schimbării scării constituie unul din obstacolele cele mai importante în dezvoltarea legilor generale sau a modelelor globale. Extrapolarea observaţiilor de la o scară spaţială la o alta rămâne încă un exerciţiu deosebit de delicat. Unul din principalele elemente care justifică importanţa noţiunii de scară este acela care obligă cercetătorul să pună întrebări privind potrivirea fenomenelor pe care le studiază cu Cercetarea scara la care au fost observate. Această problemă nu priveşte fenomenelor numai tratarea rezultatelor observaţiilor, ci se pune, în aceeaşi la scara măsură, şi în privinţa abordărilor experimentale. Astfel, se poate potrivită întâmpla ca structurile detectate să nu corespundă proceselor care ne interesează sau să cumuleze efectele mai multor procese relative la diverse scări.2 Nu există scări bune şi scări rele de observaţie şi de cercetare. Există numai scări care corespund sau nu Scară de problemelor care se pun. abordare Se produc deseori confuzii între noţiunile de scară şi nivel de organizare. Noţiunea de scară este legată de noţiunea măsurării Nivel de spaţiului şi timpului. A trece de la o scară la alta înseamnă a organizare 1 2

Levin, S.A., , The problem of pattern and scale in ecology, Ecology 73, 1992, p. 1943-1967 Wiens, J.A., The Ecology of Bird Communities: Volume 1, Foundations and Patterns (Cambridge Studies in Ecology), Cambridge University Press, 1989, p. 257

211

Ecologie generală

schimba unitatea de măsură şi a folosi un instrument adaptat la observarea acelei scări. Noţiunea de nivel de organizare nu este legată de un anume instrument, ci rezultă din proprietăţile fundamentale ale materiei vii. Scara se referă la un domeniu de Domeniu de studiu cu dimensiune variabilă: spaţiul sau timpul. Nivelul de studiu cu organizare depinde de criteriile utilizate pentru definirea dimensiune sistemului. variabilă De exemplu, studiile la nivel de populaţie vor avea în vedere interacţiunile dintre indivizi sau grupuri de indivizi, iar studiile la Criterii de nivel de ecosistem vizează interacţiunile dintre componentele definire a sistemelor biotice şi abiotice (recircularea substanţelor nutritive). Fiecare din fenomenele menţionate pot fi studiate la scări mai mari sau mai mici. Un alt domeniu în care se apelează curent la noţiunea de scară este cel al cartografiei, respectiv al reprezentării proporţionale a unor realităţi la o scară mai mică. Faţă de această semnificaţie, noţiunea de scară utilizată în ecologie are tocmai sensul opus. Astfel, în cartografie o hartă „la scară mare” va avea Scara etaloane foarte fine şi va cuprinde un teritoriu relativ restrâns. geografică Scară mare semnifică faptul că dimensiunea elementelor din teren se reduce de mai puţine ori, astfel că ele rămân mari, aşa cum este cazul schiţelor topografice. În ecologie, „la scară mare” înseamnă Scara ecologică procese care se petrec pe suprafeţe foarte extinse, în abordarea cărora se vor folosi etaloane de mari dimensiuni (de exemplu, biomul pădurilor temperate este o abordare la scară mare – continentală). Altfel spus, în ecologie noţiunea de scară implică extindere, dimensiuni mari. Consecinţele abordării proceselor ecologice la diferite scări pot fi rezumate astfel: ) La scară mică, procesele sau restricţiile se mediază şi devin constante. De exemplu, la scara unui eşantion de pădure cu suprafaţa de un ar, se va ignora variabilitatea tipului de material parental al solului: toţi arborii beneficiază de acelaşi tip de sol. În mod similar, la scara temporală a anilor sau deceniilor, variaţiile climatice de tipul tendinţelor nu se manifestă, nu pot fi detectate, deşi pot există fluctuaţii faţă de valorile medii anuale; ) Pe măsură ce creştem dimensiunea unităţii analizate, parametrii care erau constanţi la scară mică devin variabili şi trebuie cuantificaţi. Dacă urmărim pădurea dintr-un bazin hidrografic, vor apărea diferite tipuri de sol şi trebuie să ţinem cont de această variabilitate. În acelaşi timp, având în vedere varietatea de la suprafaţa solului, respectiv suprafaţa activă, va apărea şi o variabilitate a topoclimatelor care va influenţa particularităţile pădurii;

212

Eterogenitatea peisajului

) Creşterea în continuare a dimensiunii la care sunt analizate procesele ecologice va releva noi interacţiuni. Astfel, la scara peisajelor eterogene, dispersia plantelor şi animalelor emerge ca fenomen nou, care trebuie cercetat; ) Prin schimbarea scării de abordare se modifică relaţiile statistice. De exemplu, la scara habitatului, abundenţa speciilor poate fi corelată negativ cu tipul respectiv de habitat, ca rezultat al interacţiunilor interspecifice, dar, dacă se consideră un set de astfel de habitate într-un peisaj eterogen, orice specie ocupând habitate similare, se va corela pozitiv cu acestea. Pentru a defini unităţile luate în studiu, în cazul nostru peisajele, se pot folosi trei tehnici, corelat cu tipurile de date spaţiale accesibile. Acestea sunt: È Repartizarea punctuală în spaţiu, care cuprinde colecţii de localizări ale unităţii supuse analizei. Se urmăreşte identificare unei legi a repartiţiei, alta decât repartiţia rezultată întâmplător. È Datele geostatistice rezultă din colectarea rezultatelor unor măsurători efectuate în diferite localizări (distribuite regulat sau aleatoriu). În acest caz, nu este relevantă localizarea exactă, cât nivelul măsurat al fenomenului. De asemenea, trebuie stabilit până la ce nivel al distanţei dintre punctele de măsurare datele colectate sunt uniforme. Pentru determinarea acestor limite se folosesc, în general, două metode statistice: autocorelarea şi analiza semivarianţei. È Date tip reţea, respectiv date colectate din unităţi spaţiale delimitate foarte strict, urmând forme geometrice (pătrate, hexagoane etc.), graniţe politice sau alte criterii mai mult sau mai puţin abstracte. Astfel de date sunt colectate cu ajutorul aparatelor de măsurare automate, dar şi prin intermediul sateliţilor. Astfel se va compara variabilitatea dintre unităţi cu variabilitatea din interiorul acestora. Pentru identificarea scărilor potrivite există numeroase alte metode (Turner et al., 1991, Culliman, Thomas, 1992), însă se pot identifica câteva elemente comune care devin utile şi în abordarea fenomenelor ecologice, astfel: ) Fiecare tehnică este foarte eficientă, în măsura în care există cel puţin o caracteristică cu variabilitate regulată. Variabilitatea care nu se supune unei astfel de ordonări (de exemplu, compoziţia mineralogică a solului, repartiţia uscatului etc.) este dificil de exprimat; ) Sunt necesare măsurători suficient de amănunţite şi de complete, care să cuprindă suprafeţe sau perioade mari de timp, astfel că utilizarea tehnicilor moderne de măsurare automată este indispensabilă; ) Nici una din tehnicile posibile a fi utilizate pentru stabilirea scării corecte de abordare nu este perfectă. Din acest motiv, se recomandă folosirea a două sau mai multe metode pentru stabilirea scării la care vor fi cercetate fenomenele şi procesele ecologice.

213

Ecologie generală

Descoperirea scării la care datele măsurătorilor pot fi interpretate este o etapă importantă în delimitarea tipurilor de fragmente de peisaje. 10.2.1 Scări temporale Măsurarea timpului se bazează pe fenomene ciclice cum ar fi: rotaţia Pământului în jurul Soarelui (anul), rotaţia Pământului în jurul axei sale (ziua) sau ciclul Lunii (28 de zile). Timpul este un continuum, dar el poate fi împărţit arbitrar, în scări de diferite durate, după natura fenomenelor pe care încercăm să le studiem. Astfel, putem face diferenţa între timpul necesar unui răspuns etologic (deplasare, agresivitate) şi timpul necesar unui răspuns genetic (mai multe generaţii). Relaţia între scările temporale, evenimentele fizice şi fenomenele biologice este prezentată în tabelul nr. 10-1.

Fenomene ciclice

Tabelul nr. 10-1 Relaţia teoretică între scările temporale, evenimentele fizice şi fenomenele biologice

Timp (ani)

Echivalent ecologic

Evenimente fizice

Fenomene biologice

100 000

100 milenii

Mari mişcări tectonice

Evoluţia speciilor Fenomen de speciaţie

10 000

10 milenii

Cicluri de glaciaţiuni

Extincţia speciilor

1 000

Mileniu

Perioade secetoase şi perioade umede Comunicări între bazinele hidrografice

Schimbarea florei şi faunei între continente

100

Secol

10

Deceniu

1

Fluctuaţii climatice (variabilitate neperiodică a climei)

Durata de viaţă a vertebratelor, a arborilor

Impactul activităţilor umane El Niño

Dinamica populaţiilor Durata de viaţă a nevertebratelor

An

Ciclu hidrologic Ciclu sezonier

Ciclu de reproducere Migraţii sezoniere

0.1

Lună

Ciclu lunar

Succesiune planctonică

0.01

Zi

Ciclu nihtemeral Tornade, maree

Ciclu zilnic de alimentare Migraţii zilnice

0.001

Oră

Schimbări de temperatură

Procese fiziologice

Sursa: Jones, C.K.R.T., Khibnik, A.I., Jones, C. (2000), Multiple-Time-Scale Dynamical Systems, SpringerVerlag Telos, p.214

214

Eterogenitatea peisajului

Unitatea de timp folosită pentru fiecare disciplină ştiinţifică implicată în studiul proceselor ecologice variază considerabil. Pentru geologi, unitatea elementară este milionul de ani. În perioade de asemenea dimensiuni, se produc anumite procese, cum ar fi: aşezarea continentelor şi formarea marilor unităţi orografice. Este, totodată, timpul marilor procese de eroziune şi de sedimentare care stau la Fenomene baza morfogenezei. În plan ecologic, în acest interval de timp, are ireversibile loc dispersarea populaţiilor vegetale şi animale din zonele de origine. Fenomenele abordate la această scară sunt ireversibile. Din punctul de vedere ale climatologiei, scara de timp la care pot fi puse în evidenţă diverse procese este reprezentată de 10 000 - 100 000 de ani. La această scară, variaţiile nivelului mării, precum şi schimbările climatice de mare amploare au contribuit la modificarea peisajului. Timpul geomorfologiei merge de la studiul paleoecologilor la cel al ecologilor actuali. El se situează între timpul lung al geologilor şi timpul scurt al fenomenelor actuale. În cercetarea ecologică, unitatea de măsură a timpului variază între o zi şi sute de ani, depinzând de durata de viaţă a organismelor şi de rata Durata reproducerii acestora, dar şi de variaţiile periodice ale factorilor de viaţă abiotici. Astfel, unele specii de peşti sunt active ziua şi inactive a noaptea, sau invers, în aşa fel încât ele ocupă anumite habitate organismelor doar în anumite momente precise ale zilei. De asemenea, multe specii îşi modifică comportamentul biologic (ciclu de reproducere) în funcţie de variaţiile sezoniere ale temperaturii, ale precipitaţiilor Ritmuri sau ale vântului. Pe scări de 100-500 de ani, devin detectabile exogene şi endogene modificările în structura şi componenţa ecosistemelor, se pot identifica şi succesiunile ecologice primare sau secundare. Timpul biologilor şi fiziologilor corespunde timpului în care se produc reacţiile biochimice şi procesele fiziologice, cum ar fi nutriţia, creşterea, reproducerea etc. La acestea, se adaugă studiul ciclului de viaţă şi al factorilor care-l influenţează (autoecologie). De asemenea, este timpul interacţiunilor între indivizi, al studiilor de comportament. Scările de timp menţionate nu sunt delimitări exacte. Efectele Procesele care decurg din diverse tipuri de interacţiuni determină antropice suprapunerea fenomenelor din diferite scări de timp. şi scara În explicarea consecinţelor ecologice ale activităţii umane, una temporală dintre cele mai importante restricţii este legată chiar de scara temporală. Astfel, perturbările de antropogene se produc în prezent, în perioade relativ scurte, iar ecosistemele vor reacţiona „imediat” în scara lor de timp, apărând ceea ce specialiştii numesc Prezentul prezentul „invizibil”. De exemplu, deversarea unor substanţe „invizibil” poluante într-un lac nu va genera o reacţie imediată, care

215

Ecologie generală

poate fi identificată în variaţia parametrilor cercetaţi pe perioade de 1-5 ani. Reacţia ecosistemului va deveni detectabilă la interval de decenii, timp în care continuă aceste deversări, creându-se premisele unor acumulări, care vor genera noi reacţii. Întârzierea este datorată scurgerii timpului necesar pentru producerea proceselor biologice şi ecologice. 10.2.2 Scări spaţiale Abordarea fenomenului ecologic sub raport spaţial s-a realizat, într-o fază incipientă, prin cartografierea vegetaţiei. CartograProblema scărilor spaţiale este însă la fel de importantă şi atunci fierea când se iau în considerare fluxurile din şi dintre ecosisteme. Multe vegetaţiei studii ecologice s-au concentrat asupra unor ecosisteme considerate reprezentative, fără să ia în considerare faptul că ,datorită variabilităţii spaţiale, rezultatele cercetărilor nu pot fi generalizate. În ultimele decenii, ca răspuns la unele probleme ecologice, cum ar fi variaţiile climatice, schimbarea utilizării terenurilor sau fragmentarea habitatelor, s-au intensificat preocupările legate de identificarea unor unităţi superioare ecosistemului, dar şi cele legate de variabilitatea spaţiului. Progresiv, s-a impus ideea că există ansambluri de ecosisteme interactive în spaţiu şi timp (nu doar un mozaic de ecosisteme juxtapuse), iar acestea formează o entitate ecologică funcţională. Este vorba de un nivel de integrare superior ecosistemului, la care apar proprietăţi noi legate de structura de mozaic, de reţeaua de interferenţe care se formează, fluxul de substanţă, energie şi informaţie dintre acestea. Identificarea acestor unităţi a creat numeroase dezbateri care nu au ajuns încă la o concluzie generală în ceea ce priveşte denumirea acestui „suprasistem”, dar nici vreo concluzie referitoare la conţinutul acestuia. Având în vedere faptul că geografia dispune de o metodologie specifică abordării spaţiale, unităţile identificate sunt Abordarea tributare acestui domeniu ştiinţific, deşi s-au identificat şi unităţi geografică care sunt mai mult funcţionale, cu caracteristici similare unor metaecosisteme. Unitatea teritorială şi sistemică cel mai des Abordare folosită, superioară ecosistemului, este noţiunea de peisaj, alături spaţială de care sunt luate în studiu şi entităţi precum geosistemul, ecocomplexul, ecoregiunea, bazinul hidrografic, biomul (cadrul nr. 10-1). Cadrul nr. 10-1 Unităţi „supra-ecosistemice”

Geosistemul – conceptul include nu numai ecosistemul, la modul cel mai general, ci interrelaţiile dintre mediul biofizic şi activitatea societăţii (vezi capitolul 2). Un geosistem se caracterizează prin: - morfologie – structuri spaţiale verticale şi orizontale; - funcţionare – ansamblul transformărilor legate de circuitul energiei, al apei şi al elementelor minerale şi de procesele geomorfologice actuale; - comportament specific – schimbări de stare care intervin într-o secvenţă de timp dată

216

Eterogenitatea peisajului

În delimitarea geosistemului se pleacă de la aceleaşi principii integratoare ca şi în cazul ecosistemului. Diferenţa marcantă este includerea explicită a activităţilor antropice şi caracterul teritorial, care incumbă integrarea mai multor ecosisteme, cu limite mai bine definite (Roşu, Ungureanu, 1977) Ecocomplexul – este un concept care pune accentul pe fenomenele de interfaţă, dispunerea relativă a diferitelor ecosisteme, fenomenele de conectivitate. Pe plan funcţional, sunt evidenţiate fluxurile dintre ecosisteme, astfel fiind posibilă analiza, într-o manieră coerentă, a speciilor care depind de utilizarea simultană a mai multor ecosisteme (Blandin, Lamotte, 1988). Ecoregiunea – rezultă din recunoaşterea intuitivă a unor mari regiuni ecologice, delimitate datorită omogenităţii lor relative şi aparente ca urmare a combinării caracteristicilor geologice şi climatice într-o exprimare fitosociologică unitară. Noţiunea este foarte utilă în viaţa cotidiană, dar a fost relativ puţin utilizată de ecologi. Bazinul hidrografic – reprezintă suprafaţa de pe care un curs de apă îşi colectează apele pluviale. Noţiunea este preluată din geomorfologie şi a devenit atractivă şi pentru studiul ecologic datorită delimitării spaţiale destul de precise. Caracterul sistemic rezultă însă mai degrabă din interacţiunea factorilor fizici, decât din influenţele exercitate de componenta vie. Biomul – corespunde unor ansambluri vaste, cu o anumită omogenitate în ceea ce priveşte asociaţiile vegetale şi animale, cum ar fi: tundra, stepele, pădurile boreale, pădurile mediteraneene, deşerturile etc. Repartiţia acestor biomuri este sub controlul strâns al macroclimatului (temperatură, umiditate), astfel încât au distribuţie în benzi mai mult sau mai puţin paralele cu ecuatorul (Clements, 1980). Ecobiomul – o mare unitate ecologică structurală, funcţională şi informaţională a ecosferei, cu aspect relativ omogen, format dintr-o grupare de ecosisteme cu relaţii complexe între ele (Pârvu, 2001). Peisajul reprezintă entitatea spaţială şi vizuală, proprie speciei umane, care integrează litosfera, biosfera şi ansamblul artefactelor umane. Semnificaţia conceptului a cunoscut diverse dezvoltări atât în Europa, cât şi în Statele Unite, dar a generat şi numeroase controverse. Considerarea peisajului ca unitate superioară ecosistemului impune atribuirea unei autonomii, a integralităţii. Astfel, din punct de vedere ecologic, peisajul va fi reprezentat de un mozaic de ecosisteme în interacţiune, a cărui eterogenitate spaţială este, cel puţin parţial, consecinţa activităţilor umane. O dată cu dezvoltarea preocupărilor de protecţie a mediului înconjurător de reconstrucţie ecologică, termenul de peisaj a devenit de largă circulaţie, chiar dacă cercetătorii admit o anumită ambiguitate în ceea ce priveşte conţinutul său. În literatura de specialitate, abordarea fenomenelor ecologice dincolo de scara şi nivelul de organizare a ecosistemelor implică, cel mai adesea, utilizarea noţiunii de peisaj. Semnificaţia, în acest context, este legată nu atât de superioritate ca nivel de integrare, cât mai ales de considerarea componentei spaţiale.

Dinamica spaţiotemporală

10.2.3 Interacţiunea scărilor temporale şi spaţiale Sistemele ecologice sunt dinamice în timp şi spaţiu. Modul cum timpul şi spaţiul se corelează şi determină o anumită evoluţie a proceselor ecologice constituie o provocare importantă pentru

217

Ecologie generală

cercetarea ştiinţifică din acest domeniu. Între întrebările care îşi aşteaptă răspunsul în acest context putem menţiona: Care sunt consecinţele dinamicii spaţio-temporale asupra populaţiilor şi proceselor ecologice? Cum va evolua utilizarea terenurilor? Dinamica comunităţilor depinde, în mod esenţial, de dinamica habitatelor care controlează distribuţia organismelor, cât şi distribuţia şi accesibilitatea resurselor. Scările temporale şi spaţiale tind să varieze proporţional. Astfel, procesele care implică suprafeţe mari, extinse, vor Variaţie determina şi perioade de timp mai mari pentru realizarea lor, dat proporţională fiind nevoia parcurgerii unor distanţe mari în timp pentru realizarea reacţiei. În studiul ecologic, acest lucru devine important în determinarea setului de date necesare pentru fundamentarea unor modele, ipoteze. Prin urmare, dacă se doreşte evidenţierea unor procese care se desfăşoară la nivelul unui bazin hidrografic (scară Adaptarea spaţială medie) se vor avea în vedere serii de date care să setului de date corespundă „timpului geomorfologic” şi „timpului climatic”, acestea fiind apoi completate cu „timpul ecologic”. Studiile desfăşurate la nivel continental necesită serii de date empirice mult prea lungi pentru a fi accesibile. În cazul acestora, abordarea proceselor ecologice va impune folosirea modelelor. 10.3 Factorii diversificării peisajelor

Mediul fizic Procese biotice Perturbări

Diversificarea peisajelor este un proces continuu, care se realizează sub influenţa a numeroşi factori mai mult sau mai puţin interdependenţi, dar şi cu regularitate foarte diferită. Se consideră că ar exista trei categorii de factori care induc variabilitatea în profil teritorial. Astfel, mediul fizic constituie cadrul în care interacţionează procesele biotice şi perturbările, generând diversitate. Corelarea acţiunii factorilor de diversificare cu repartizarea spaţială a unităţilor teritoriale caracterizate de prezenţa diferitelolr entităţi ecologice îşi are originea în abordările geografice, mergând apoi spre fitosociologie. Termenii ecuaţiei sunt, în astfel de condiţii, factorii de mediu -temperatură şi umiditate-, şi, sub raport biotic, comunitatea de specii vegetale. Analizele se bazează pe variaţia tip gradient a celor doi factori menţionaţit în raport cu alţi parametri ai mediului fizic (altitudine, latitudine, adâncime, înclinare etc.).

Gradientul reprezintă variaţia proporţională a unui factor de mediu în raport cu altul.

218

Eterogenitatea peisajului

Variaţia tip gradient este caracteristică parametrilor climatici, dependenţi de radiaţia solară, a cărei geometrie este deductibilă în raport cu latitudinea, înclinarea, altitudinea. Există însă şi alţi factori ai mediului fizic care se modifică astfel: presiunea hidrostatică, salinitatea, transparenţa, concentraţia de oxigen, presiunea atmosferică etc. Conform gradientului se realizează nivelul de bază al intensităţii cu care se manifestă factorii ecologici. Nivelul măsurat al acestei intensităţi poate însă să fie diferit, având în vedere intervenţia celorlalte două grupe de factori, dar şi interacţiunile dintre factori. De exemplu, pe versantul nordic al Masivului Făgăraş, izoterma de 6°C se menţine la circa 600 m altitudine, în timp ce pe versantul sudic se situează la peste 700 m (datorită orientării diferite faţă de direcţia de deplasare a maselor de aer, cu anumite caracteristici termice şi de umezeală) şi faţă de Soare (spre nord sau sud). De asemenea, procesele de descendenţă a aerului pe versanţi fac ca în unele sectoare deluroase parametri climatici să se abată de la valorile corespunzătoare gradienţilor. De exemplu, la baza Subcarpaţilor de Curbură există o enclavă topoclimatică în care temperatura şi insolaţia sunt mai ridicate, iar cantitatea de precipitaţii şi umezeala relativă a aerului sunt mai scăzute comparativ cu valorile specifice etajului altitudinal.3 În acest context, înţelegerea acţiunii factorilor de diversificare va trebui să plece de la descompunerea gradienţilor de mediu prin care să se evidenţieze principalele interferenţe, astfel: È Componentele fizice ale gradienţilor sunt interconectate şi suprapuse. De exemplu, în munţi, temperatura scade cu altitudinea, în timp ce cantitatea de precipitaţii devine cu atât mai însemnată cu cât suntem la cote mai mari; È Fiecare factor are propria scară de variaţie în spaţiu şi timp, astfel că se comportă ca o variabilă la propria lui scară. Astfel, temperatura medie anuală este constantă pentru un Descompunerea versant, dar poate fi diferită între un versant şi altul al gradienţilor aceleiaşi unităţi de relief; È Răspunsul biotic la acţiunea factorilor fizici se poate manifesta prin diferenţierea localizării, creşterii sau mortalităţii; acestora li se suprapun interacţiunile tip competiţie, iar dispersarea poate să atenueze sau, dimpotrivă, să amplifice aceste procese;

Radiaţia solară Presiunea Transparenţa Concentraţia de oxigen

3

Bran, Florina, Ioan, Ildiko, Trică, Carmen, Eco-economia ecosistemelor şi biodiversitatea, Bucureşti, Editura ASE, 2004, p. 38

219

Ecologie generală

È Perturbările vor interacţiona atât cu componentele fizice, cât şi cu procesele ecologice. Având în vedere astfel de interferenţe ale factorilor primari (care duc la diversificarea peisajelor), ei vor fi prezentaţi separat, ţinându-se cont de faptul că acţiunea lor este concertată şi simultană. 10.3.1 Cadrul fizic Mediul lipsit de viaţă formează ceea ce în literatura de specialitate pare cu termenul generic de cadru fizic. Cu cât devenim mai analitici pe fiecare din componentele acestui cadru, vom putea identifica factorii individuali, mai mult sau mai puţin divizibili, reductibili la componente. Fiecare dintre aceştia îşi va exercita influenţa la diferite scări, precum şi în corelaţie cu ceilalţi factori. Cadrul nr. 10-2 Descompunerea bilanţului de apă din sol

Bilanţul apei din sol constituie principala restricţie în repartiţia comunităţii vegetale. Analiza acestui indicator este foarte sugestivă în ceea ce priveşte modul în care factorii fizici interacţionează pentru a forma gradienţi de mediu complecşi. Bilanţul de apă din sol exprimă raportul între cantităţile de apă intrate şi ieşite din sol

într-un interval de timp dat şi reprezintă expresia cantitativă a circuitului apei în sol.4 È Bilanţul apei (Ba) = Intrări de apă + ieşiri de apă care acoperă cererea de apă . o Intrările de apă sunt formate din input-uri şi apa înmagazinată în sol (input + stoc) ƒ

o

4

Input-urile se formează din precipitaţii la/din care se adaugă/scade cantitatea de apă mobilizată prin drenaj (precipitaţii+drenaj) • Precipitaţiile se cuantifică luând în considerare cantitatea de precipitaţii sub formă lichidă (ploi şi cantitatea de apă rezultată din topirea zăpezii (ploi + topirea zăpezii). o Cantitatea de apă din ploi este în funcţie de altitudine şi de orografia terenului, fiind stabilită prin iterpolarea valorilor de la cele mai apropiate staţii meteorologice; o Cantitatea de apă rezultată din topirea zăpezii este dependentă de temperatură, fiind cuantificată ca rată a topirii pe grade-zi. • Drenajul apei depinde de înclinarea terenului şi de particularităţile terenurilor din amonte, fiind estimat în funcţie de indicele de convergenţă topografică. ƒ Stocul de apă din sol este în funcţie de textura şi de profunzimea orizontului de sol Ieşirile de apă sunt determinate de influenţa concomitentă a temperaturii, radiaţiei solare şi a deficitului de saturaţie a aerului cu vapori de apă. ƒ Temperatura variază în funcţie de altitudine şi deficitul de saturaţie. Corelaţia dintre cei doi termeni se estimează prin utilizarea regresiilor, pe baza valorilor de temperatură de la staţia meteorologică cea mai apropiată.

Conea, Ana, Vintilă, Irina, Canarache, A., Dicţionar de ştiinţa solului, Bucureşti, Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, 1977, p. 64

220

Eterogenitatea peisajului

ƒ

Radiaţia solară depinde de înclinaţia şi expoziţia terenului, aspectul suprafeţei şi nebulozitate. De exemplu, pantele cu expoziţie sudică beneficiază de o cantitate mai mare de radiaţii decât cele cu expoziţie nordică. Nebulozitatea se estimează pe baza valorilor înregistrate pentru precipitaţii. ƒ Deficitul de saturaţie al vaporilor de apă este în funcţie de temperaturile minime şi maxime zilnice, respectiv de capacitatea aerului de a acumula căldură. În aceste condiţii, în funcţie de tipul de date accesibile, climatice (a), respectiv orografice şi pedologice (b), bilanţul de apă din sol poate fi apreciat prin utilizarea relaţiilor: (a) Ba = f(temperatură, radiaţie solară, deficit de saturaţie, precipitaţii, drenaj, capacitatea de apă a solului) (b) Ba = f(altitudine, înclinare, aspect, panta din amonte, profunzimea solului, textura solului) În cazul bilanţului de apă al solului, având la dispoziţie un minimum de informaţie sub formă de date empirice, se pot face aprecieri asupra nivelului înregistrat de ceilalţi parametri, folosind metodele interpolării şi extrapolării. Alte variabile fizice sunt însă mai dificil de urmărit. De exemplu, tipul şi, implicit, caracteristicile solului sunt foarte eterogene din punct de vedere teritorial, fapt care face aproape imposibilă interpolarea sau previziunea. Tipul de factori fizici care îşi exercită influenţa la un moment

Variabilitatea dat, în sensul inducerii variabilităţii, depinde foarte mult de scara depinde la care se cercetează fenomenul. Variabilitatea însăşi a factorului de scara este dependentă de scară. Astfel la scări mici, deviaţia standard a de producere

valorilor înregistrate de un factor fizic poate avea valori mult mai mari decât în cazul scărilor mari. În funcţie de valorile înregistrate de acest indicator statistic, pot fi calibrate etaloanele utilizate, respectiv scările de abordare. Cunoaşterea componentelor care determină sensul influenţei factorilor fizici, precum şi variaţia lor la diferite scări, are implicaţii asupra reacţiei speciilor la schimbările climatice, dar şi asupra proceselor ecologice. Aceste corelaţii pot fi utilizate în formularea scenariilor în condiţii de schimbări climatice antropogene, în planificarea conservării şi în gestionarea resurselor.

Un teritoriu cu un anumit grad de uscăciune poate avea aceste caracteristici din două cauze majore, dependente de componentele care intră în calculul bilanţului de apă din sol. Astfel, el poate fi uscat pentru că nu primeşte suficientă apă (intrările sunt prea mici) sau pentru că elimină prea multă apă (ieşirile sunt prea mari). Deşi rezultatul este acelaşi în termeni de uscăciune, speciile vegetale care vor coloniza acest teren vor depinde de tipul de deficit care îl caracterizează. Prin urmare, dacă este un deficit determinat de cantitatea mică de precipitaţii, vom avea grupa de specii x, iar dacă este un deficit determinat de temperaturile ridicate (care determină creşterea evaporării), spaţiul va fi populat de grupa de plante y.

221

Ecologie generală

Planificarea conservării

Planificarea conservării presupune preselecţia terenurilor. Criteriile utilizate în această acţiune pot să fie bazate pe componentele cadrului fizic, în special atunci când datele empirice referitoare la dispersia speciei nu sunt accesibile. În plus, analiza cadrului fizic permite şi identificarea suprafeţelor pe care se înregistrează o variabilitate topografică şi topoclimatică mare şi foarte mare, unde ne aşteptăm să existe şi comunităţi diversificate, care justifică protecţia. 10.3.2 Procesele biotice

Cadrul fizic al eterogenităţii mediului constituie „scena” pe care numeroase procese biotice se intersectează şi contribuie la demografice ÈInteracţiunea diferenţierea peisajului. Pe baza particularităţilor şi relaţiilor cu populaţiilor mediul abiotic se delimitează trei categorii de procese, astfel: ÈInteracţiunea demografice, interacţiunea populaţiilor şi feed-back-ul şi cu mediul fizic interacţiunea proceselor biotice cu factorii mediului fizic. ÈProcese

Procesele demografice Fiecare din procesele demografice – dispersare, naştere sau stabilire, creştere, mortalitate – constituie factori ai diversificării peisajului. Desigur, astfel de procese sunt relevante pentru populaţiile de plante, care sunt cele mai importante în configurarea peisajului. Contribuţia parţială a acestor procese se prezintă astfel: Stabilirea. Plantele de dimensiuni mici „resimt” un mediu diferit faţă de cele înalte. Astfel, ele vor primi lumina filtrată de coronament şi vor valorifica numai umiditatea din stratul superficial. În termeni de interpretare ecologică, aceste diferenţe semnifică faptul că acelaşi factor ecologic, cu aceeaşi intensitate, poate fi restrictiv pentru etapa iniţială şi favorabil în etapa de maturitate a unui ecosistem. Creşterea este procesul asupra căruia se concentrează majoritatea analizelor de tip gradient, precum şi cercetările care abordează competiţia interspecifică. Reacţia organismelor poate fi diferită în funcţie de tipul de factor – de tip condiţional sau resursă. Pentru factorii condiţionali, sunt potrivite modelele bazate pe legea toleranţei (Shelford, 1911), în timp ce pentru factorii-resurse se vor adopta modele corespunzătoare legii factorilor de creştere (Mitscherlich, 1909). Mai mult, în raport cu resursele, intervine şi concurenţa, care va influenţa repartiţia speciilor de-a lungul gradienţilor. Mortalitatea reflectă acţiunea a numeroşi factori. De exemplu, arborii stresaţi de secetă pot muri din cauza atacului de insecte defoliatoare. Mortalitatea poate fi un răspuns la un stres cronic sau la un

222

Eterogenitatea peisajului

eveniment izolat, în acest caz ea putând fi pusă pe seama condiţiilor de mediu necorespunzătoare (rele) sau pe variabilitatea (varianţa) acestor condiţii. Ratele mortalităţii se corelează destul de puternic cu evoluţia mediului fizic, astfel că influenţa asupra variabilităţii peisajului trebuie reconsiderată. Dispersia poate limita reacţia la gradienţii fizici, întrucât împiedică specia să valorifice resurse accesibile. Efectul poate fi însă şi invers, prin feed-back pozitiv. De exemplu, prezenţa pădurii favorizează menţinerea şi distribuirea uniformă a cantităţii de precipitaţii, ceea ce va întări corelaţia cu evoluţia unui parametru fizic. Interacţiuni şi conexiuni inverse (feed-back-uri) Interacţiunile proceselor biotice şi influenţa acestora asupra varietăţii peisajelor a fost analizată la nivelul populaţiilor de arbori. Având în vedere modul în care acestea ocupă spaţiul în etapele de regenerare şi după moarte, s-au diferenţiat populaţii de arbori cu patru tipuri de roluri funcţionale (tabelul nr. 10-2). Tabelul nr. 10-2 Tipologia comportamentului spaţial la arborii dintr-un masiv

Regenerarea – necesită goluri

Mortalitatea – generează goluri Da

Nu

Da

1

3

Nu

2

4

Analiza relaţiilor sintetizate în tabelul de mai sus evidenţiază existenţa următoarelor tipuri de roluri funcţionale: Rolul 1: are nevoie de goluri pentru regenerare şi creează goluri prin mortalitate; Rolul 2: nu are nevoie de goluri pentru regenerare, dar creează goluri prin mortalitate; Rolul 3: are nevoie de goluri pentru regenerare, dar nu creează goluri prin mortalitate; Rolul 4: nu are nevoie de goluri pentru regenerare şi nu creează goluri prin mortalitate. Analiza rolurilor funcţionale arată faptul că pot să apară feed-back-uri interesante, care vor modifica particularităţile peisajului. Astfel, speciile care îndeplinesc rolurile 1 şi 4 au strategii care le întăresc prezenţa în ecosistem, întrucât îşi asigură condiţiile necesare propriei regenerări. Rolul 2 creează condiţii care vor favoriza alte specii, în timp ce rolul 3 nu îşi poate genera condiţiile necesare pentru reproducere, astfel că depinde de celelalte specii. Având în vedere aceste posibile reacţii, repartizarea speciilor poate nu numai să genereze diversitate, dar şi să devină un indicator al tipului de influenţe pe care le-a suportat pădurea din partea mediului fizic. Perturbările

223

Ecologie generală

frecvente, de exemplu, doborâturi cauzate de vânt, for favoriza mai ales speciile care îndeplinesc rolul 3, în timp ce altitudinile mai mari şi unghiul de incidenţa al razelor solare vor favoriza înmulţirea speciilor cu rolurile 2, respectiv 4, mai puţin pretenţioase faţă de lumina incidentă. Interacţiunea proceselor biotice cu mediul fizic Sinteza studiilor ecologice realizate în identificarea rezultatelor acestor interacţiuni (Whittaker, 1953; Tilman, 1982; Grime, 1977; Smith, Huston, 1989) evidenţiază următoarele tendinţe în repartizarea speciilor: È Speciile care cresc foarte bine în condiţii de mediu foarte favorabile şi resurse abundente sunt învingătoare în localizările unde se întrunesc aceste configuraţii; È Speciile mai tolerante, care sunt învinse pe terenurile foarte favorabile, devin câştigătoare pe suprafeţele mai puţin favorabile (mai uscate sau mai umbrite). Faptul nu se datorează situării lor în intervalul de optim ecologic, ci derivă din incapacitatea speciilor pretenţioase de a se menţine în astfel de condiţii; È Reacţia tip gradient are valabilitate şi în succesiunea ecologică. Astfel, speciile intolerante faţă de umbră sunt adesea tolerante faţă de secetă, astfel că vor fi prezente în fazele succesionale timpurii şi în goluri mai uscate, cu atât mai mult cu cât speciile tolerante la umbră sunt intolerante la secetă. Cunoaşterea proceselor biotice care influenţează variabilitatea peisajului este importantă, cu deosebire din perspectiva delimitării suprafeţelor destinate conservării. Un peisaj în echilibru cu mediul său fizic şi cu procesele biotice trebuie să exprime o distribuţie staţionară a elementelor omogene. Strategiile de conservare se vor diferenţia în funcţie de gradul de omogenitate Omogentitate al peisajelor. Astfel, în cazul peisajelor omogene se va urmări menţinerea unei varietăţi stabile pe o perioadă cât mai mare de Ð timp, întrucât succesiunea ar conduce la mai puţină diversitate datorită excluziunii competiţionale. În cazul site-urilor eterogene, Strategii de conservare strategia va pune accentul pe managementul spaţiului, întrucât acest va menţine o diversitate ridicată. Având în vedere faptul că, datorită concurenţei, speciile pot fi dislocate din habitatele optime (nişe fundamentale) spre site-uri ude vor supravieţui în condiţii de presiune competitivă (nişă realizată), posibilităţile de a estima toleranţa speciilor plecând de la distribuţia lor actuală sunt foarte limitate. Astfel, nu se pot face estimări credibile în legătură cu reacţia speciilor la schimbările climatice.

224

Eterogenitatea peisajului

10.3.3 Perturbările

Perturbările sunt reprezentate de orice eveniment discret în spaţiu şi timp care

perturbă structura ecosistemelor, comunităţilor, populaţiilor şi schimbă resursele, substratul sau mediul fizic.

Fenomene Factorul care diferenţiază perturbările de alte tipuri de imprevizibile schimbări este apariţia lor discretă, imprevizibilă, la care se adaugă efectul produs – perturbare semnificativă a ecosistemului. Geneza factorului perturbator poate fi internă sau externă, această poziţionare depinzând de scara de la care se studiază fenomenul (cadrul 10-3). Cadrul nr. 10-3 Incendiile din preerie

A. Prin folosirea abundenţei speciilor şi considerând incendiile ca fiind individuale. Reacţiile succesionale la această perturbare. La acest nivel, un incendiu singular este in afara sistemului, iar speciile de plante reacţionează la foc ca la o influenţă extrinsecă. B. Analizând incendiile pe o scară de timp mai mare şi condensând abundenţa speciilor la prezenţă/absenţă, proporţia relativă a speciilor reflectă frecvenţa incendiilor. La cest nivel, incendiul este de origine internă. În general, perturbarea care intervine la o anumită scară devine o componentă a variabilităţii periodice la o scară superioară. În acest context, ne vom concentra asupra caracterizării regimurilor de perturbare la diferite scări spaţio-temporale în vederea înţelegerii mai bune a sistemelor naturale şi a celor afectate de aceste evenimente. Caracteristicile şi regimul perturbărilor Perturbările pot fi descrise pe baza a numeroşi indicatori sistematizaţi astfel în literatura de specialitate:5 È Magnitudinea, dată de dimensiunea, extinderea unui eveniment (de exemplu, extinderea incendiilor forestiere); È Intensitatea, care rezultă din forţa evenimentului, descrisă prin diferiţi indicatori (intensitatea focului, cotele inundaţiilor, viteza vântului etc.); È Severitatea evenimentului se defineşte în termenii consecinţelor pe care le produce, evaluate prin măsurarea modificărilor în proprietăţile sistemului.

5

Pickett, S.T.A., White, P.S., The Ecology of Natural Disturbance and Patch Dynamics, Academic Press, 1985, p. 178-180

225

Ecologie generală

È Scara temporală la care se produce este caracterizată de: o o

Frecvenţă – numărul de evenimente în unitatea de timp, putând fi utilizată şi pentru determinarea probabilităţii de producere; Intervalul de recurenţă reprezintă durata de timp care trece de la un eveniment la altul (inversul frecvenţei).

È Previzibilitatea depinde de variaţia frecvenţei sau a intervalului de recurenţă, dar şi de variaţia magnitudinii. Evenimentele cu variabilitate redusă sunt mai uşor de anticipat, la fel ca şi perturbările care au origine internă, întrucât ele tind să fie mai regulate. Evenimentele alogene (inundaţii, cutremure de pământ, uragane) sunt mult mai puţin previzibile; È Sinergismul rezultă din interacţiunea cu alte perturbări şi conduce la amplificarea reciprocă a efectelor. Sinergismul poate să apară şi în cazul suprapunerii peste stresuri cronice care scad stabilitatea sistemelor individuale şi supraindividuale; È Asocierea spaţială reflectă corelarea cu topografia, solurile etc. Scara spaţială devine importantă pentru identificarea acestei caracteristici; È Contagiunea exprimă tendinţa de extinderea, rata de răspândire şi factorii care o influenţează; È Feed-back. Anumite perturbări pot fie favoriza, fie restrânge producerea altora. De exemplu, incendiile se pot sincroniza cu alte incendii la scări spaţiale mai mici, în timp ce absenţa incendiilor va contribui la creşterea rezistenţei la foc şi diminuarea frecvenţei acestor evenimente. Unele din aceste caracteristici sunt corelate. Astfel, în majoritatea cazurilor, frecvenţa este invers proporţională cu magnitudinea şi intensitatea (incendii, inundaţii, secete etc.). Regimul perturbărilor într-un perimetru cuprinde toate perturbările posibile în spaţiul respectiv. În general, sunt posibile cel puţin câteva tipuri de schimbări discrete, fiecare din acestea fiind descrise de indicatorii menţionaţi mai sus. Activitatea umană, materializată în utilizarea terenurilor, determină modificări în regimul perturbărilor prin: -

modificarea scării la care se produc evenimentele. Astfel, ele pot afecta suprafeţe mai mari sau mai mici sau se pot produce mai des, respectiv mai rar;

-

constituirea de bariere biogeografice (drumuri, canale, parcuri etc.) care reduc dimensiunea spaţială a sistemelor;

-

inducerea de perturbări noi, imprevizibile, stresuri cronice, interconectare diferită de cea naturală;

226

Eterogenitatea peisajului

-

omogenizarea tipologiei naturale prin categoriile de folosinţă ale terenurilor, ceea ce va conduce la suprimarea proceselor naturale care favorizează diversificarea.

Se presupune că perturbările aduc modificări importante ale sistemelor faţă de starea de normalitate, în urma cărora vor apărea Normalitatea transformări în sensul producerii unei noi stări stabile, de echilibru. Normalitatea analizată pe baza datelor empirice, la nivelul ecosistemelor considerate stabile, la climax, evidenţiază însă următoarele caracteristici: È Vegetaţia naturală este mult mai puţin stabilă decât pare a fi din perspectivă umană, deoarece, chiar şi în ecosistemele mature, stabile, ea se găseşte într-o stare tranzitorie spre echilibru la scara temporală pe care o reprezintă durata de viaţă a speciei dominante; È Vegetaţia va conserva efecte mici sau tranzitorii pe perioade de timp destul de mari, în special în cazul pădurilor formate din specii longevive; È Fiecare moment este special, în sensul că la fiecare moment, că vegetaţia are anumite caracteristici care îl diferenţiază faţă de acelaşi sistem din orice alt moment.

Starea staţionară nu poate fi atinsă şi nu poate fi menţinută

În aceste condiţii, definirea „stării naturale a unui ecosistem” devine imposibilă şi irelevantă în majoritate cazurilor. Astfel, managementul ecosistemelor în vederea atingerii stării staţionare, deşi pare justificat, nu este realist, întrucât în majoritatea peisajelor naturale acest stadiu nu poate fi atins şi, cu siguranţă, nu poate fi menţinut de-a lungul timpului. Cunoaşterea amplitudinii naturale a variabilităţii poate delimita dinamica posibilă, aşteptată, constituindu-se, în acelaşi timp, în reperele necesare pentru a evidenţia situaţia în care sistemul activează în afara limitelor.

10.4 Analiza structurală

Delimitare

Delimitarea şi caracterizarea peisajelor reprezintă activităţi care completează suportul informaţional în formularea criteriilor ecologice necesare pentru orientarea deciziilor economice, referitoare în special la utilizarea terenurilor. Delimitarea peisajelor se poate face având la bază variaţia factorilor care determină diversificarea lor sau luând în considerarea limite arbitrare, stabilite prin deja existenta utilizare a terenurilor, ca urmare a unor măsuri administrative etc. Indiferent de criteriile aplicate, caracterizarea peisajului prin prisma indicatorilor de stare şi de dinamică

227

Ecologie generală

reprezintă o etapă obligatorie pentru informaţiile necesare în procesul decizional.

a

fi

obţinute

Fragmentul omogen de peisaj reprezintă o suprafaţă (volum) mai mult sau mai puţin omogen în raport cu diferite criterii de abordare (altitudine, expoziţie, temperatură, insolaţie, tip de sol, înclinaţie, densitatea reţelei hidrografice, salinitate etc.). În general, sunt utilizate patru abordări pentru identificarea fragmentelor de peisaj, reprezentate de: Agregarea simplă pe baza valorii unei variabile. Aceasta este o metodă relativ directă, pe baza căreia sunt considerate toate suprafeţele adiacente, care au valori identice sau similare pentru una din variabilele semnificative. De exemplu, se asociază toate pătratele dintr-o reţea, dacă acestea prezintă valori similare pentru o anumită variabilă. Metoda se aplică uşor folosind programele GIS, care sunt prevăzute cu astfel de utilităţi; Metoda ferestrelor mobile sau deschise. Fragmentul de peisaj este definit prin conturarea lui cu o linie de separaţie. Limita de demarcaţie reprezintă zona unde variabila îşi schimbă brusc valoarea. Identificarea liniei de demarcaţie se poate face folosind metoda varianţelor locale sau rata locală a schimbării, având la bază calculul regresiilor şi înclinaţia acestor regresii. Acolo unde înclinaţia devine foarte mare, se găseşte linia de demarcaţie. Prin folosirea acestei metode se pot obţine şi informaţii referitoare la linia de demarcaţie – dacă este clar conturată sau, dimpotrivă, confuză; Zonarea globală. O alternativă este folosirea unei abordări în care se pleacă de la un singur fragment de peisaj, care este apoi succesiv împărţit în regiuni omogene statistic.6 Abordarea de bază este împărţirea iterativă a regiunii în toate perechile posibile de subregiuni şi apoi compararea varianţelor pentru aceste perechi, comparativ cu variaţia internă a fiecărei subregiuni (testul F); Constrângerea spaţială a fragmentelor. Fragmentele se ordonează ierarhic, menţinând constrângerea adiacenţei spaţiale.7 Delimitarea fragmentelor pe bază multicriterială este extinsă prin adăugarea condiţiei ca grupurile asociate să fie adiacente spaţial. Fragmentele omogene de peisaj sunt caracterizate compoziţional prin termenii variabilelor măsurate în interiorul lor. Acestea pot include valorile medii şi eterogenitatea internă. În

6 7

Pielou, E.C., The interpretation of ecological data. New York, Wiley, 1984, p. 189 Legendre, P., Fortin, M.J., Spatial pattern and ecological analysis, Vegetatio 80, 1989, p. 107-138

228

Eterogenitatea peisajului

abordările spaţiale, este utilă şi cunoaşterea altor variabile – forma peisajului, configuraţia spaţială a peisajului. În aceste condiţii, peisajul se va descrie prin: - Suprafaţă – mărimea peisajului în unităţi de suprafaţă sau ca mărime relativă procente din suprafaţa totală a regiunii considerate. În anumite situaţii, suprafaţa se va subdivide calitativ, în funcţie de poziţie. Astfel, vor fi identificate suprafeţe exterioare, de graniţă şi suprafeţe interioare, iar limitele se vor defini în termenii distanţei de tranziţie; - Perimetru – măsura liniară a circumferinţei peisajului; - Complexitatea formei – se rezumă adesea la analiza raportului dintre perimetru şi suprafaţă. În multe situaţii, delimitarea se face astfel încât valoarea raportului să fie de unitară pentru cea mai compactă formă posibilă (un pătrat pentru datele obţinute pentru o reţea, un cerc pentru datele obţinute din perimetre poligonale).

Compoziţie Configuraţie

Majoritatea procedurilor de caracterizare a peisajelor sunt furnizate automat de programele GIS. De exemplu, aproape toate programele GIS contorizează suprafeţele şi perimetrele. Fiecare peisaj se caracterizează prin compoziţie şi configuraţie. 8 Compoziţia se referă la varietatea şi proporţia relativă a fragmentelor omogene de peisaje şi se cuantifică prin indicii de diversitate, în timp ce configuraţia sau structura indică organizarea spaţială, orientarea sau complexitatea formei pentru fragmentele de peisaj. În acest din urmă caz, caracterizarea se face prin indici de structură ai peisajului.

Compoziţia peisajului este dată de numărul de fragmente omogene reprezentate într-un peisaj şi abundenţa lor relativă. Indicii folosiţi pentru analiza compoziţiei sunt derivaţi din indicii utilizaţi la studiul Indici de diversitate diversităţii specifice dintr-o comunitate ecologică. Astfel se vor avea în vedere numărul fragmentelor omogene, diversitatea rezultând din abundenţa relativă a diferitelor tipuri de fragmente. Prin urmare, anumite tipuri de fragmente pot fi dominante sau poate să se manifeste echitatea în ceea ce priveşte reprezentarea fragmentelor.

8

O'Neill, R.V., Krummel, J.R., Gardner, R.H., Sugihara, G., Jackson, B., DeAngelis, D.L., Milne, B.T., Turner, M.G., Zygmunt, B., Christensen, S.W., Dale, V.H., Graham, R.L., Indices of landscape patter, Landscape Ecology 1, 1988, p. 153-162

229

Ecologie generală

Configuraţia peisajului Aspectele prin care se caracterizează configuraţia peisajului sunt reprezentate de: Distribuţia dimensiunilor. Distribuţia fragmentelor de diferite dimensiuni reprezintă abundenţa sau frecvenţa relativă a fragmentelor din categoriile respective. Ilustrarea lor se face prin clase de mărime ordonate pe diferite scări, întrucât variaţia dimensiunii poate să fie destul de mare la multe peisaje. Dispersia. Această mărime indică tendinţa fragmentelor de a fi distribuite regulat sau în mod continuu unele faţă de altele. Evidenţierea se face prin distanţa faţă de cel mai apropiat fragment de acelaşi tip. Complexitatea formei. Se evaluează pe baza lungimii laturilor în raport cu unitatea de suprafaţă. Complexitatea formei descrie tendinţa geometriei fragmentelor – dacă ele tind să devină simple sau compacte sau, dimpotrivă, neregulate şi complicate. Adiacenţa (Contagiunea). Mărimea se referă la tendinţa fragmentelor omogene de a apărea lângă fragmente de un alt tip. Exprimarea se face printr-o matrice a adiacenţelor pereche, unde elementele matricei sunt proporţiile marginilor pentru fiecare pereche de fragmente. Uneori, această matrice este mediată pentru a furniza un indice global al contagiunii. Conectivitatea se referă la funcţionarea conexiunilor dintre fragmente. Ceea ce constituie o „conexiune funcţională” depinde de tipul de proces luat în considerare. Astfel, fragmentele conectate pentru dispersia păsărilor, nu sunt conectate pentru migraţia salamandrelor sau pentru fluxul hidrologic. Conexiunile sunt bazate pe adiacenţă strictă (atingere) sau distanţa maximă de dispersare. Majoritatea indicilor sunt intercorelaţi, întrucât există un număr redus de măsurători directe care se pot realiza la nivelul fragmentelor, astfel că de multe ori se recurge la o simplificare a setului de indicatori folosiţi în analiza peisajelor.

230

Eterogenitatea peisajului

Verificarea cunoştinţelor Care sunt implicaţiile abordării spaţiale a fenomenului ecologic şi care este semnificaţia practică a informaţiilor obţinute astfel? Stabiliţi procesele ecologice specifice diferitelor scări de abordare în timp şi spaţiu. Identificaţie setul de date empirice necesare pentru analiză. Care este semnificaţia obiectivă a termenilor: „timpul geologilor”, „timpul ecologilor”, „timpul biologilor”? Analizaţi efectele acţiunii următorilor factori în termeni de diversificare a peisajelor: cadru fizic, procese demografice, perturbări. Caracterizaţi perturbările „cutremur de pământ”, „erupţie vulcanică”, „inundaţie” şi faceţi aprecieri referitoare la regimul acestora.

231

11. PROCESE ECOLOGICE ÎN PEISAJE ETEROGENE

11.1 Populaţii şi metapopulaţii 11.2 Biologia conservării

- populaţie locală - metapopulaţie - extincţie locală - dispersare - migraţie

- dimensiune optimă - obiectiv de conservare - procese demografice - persistenţă - recolonizare

Obiective ) Cunoaşterea metodologiei de analiză a proceselor demografice în profil teritorial, plecând de la ipoteza peisajelor eterogene ) Încadrarea populaţiilor în metapopulaţii şi specii şi formarea abilităţilor de a interpreta raporturile dintre populaţii în perspectiva schimbărilor de habitate sau de efectiv ) Înţelegerea modului în care intervin recolonizării în dinamica metapopulaţiilor

factorii extincţiei şi

factorii

) Cunoaşterea principiilor fundamentale care definesc biologia conservării ) Crearea premiselor pentru înţelegerea noilor provocări în protecţia biodiversităţii şi dezvoltarea abilităţilor manageriale necesare pentru soluţionarea unor situaţii concrete

232

Ecologie generală

11.1 Populaţii şi metapopulaţii Comunitatea vie a unui teritoriu se organizează pe baza legilor de interacţiune dintre indivizi, cărora li se suprapune eterogenitatea peisajului. Prima unitate sistemică de organizare supraindividuală o reprezintă populaţia. Adoptând o scară spaţială mai mare, respectiv considerând peisajul neomogen, populaţia respectivă poate fi privită ca fiind subîmpărţită în grupări mai mult sau mai puţin izolate spaţial unele faţă de altele. Cu toate acestea, fluxurile dintre populaţii se menţin sau pot fi reluate. Scara aceasta mai mare este de fapt nivelul peisajului eterogen. În acest spaţiu, o specie este reprezentată prin mai multe populaţii repartizate în funcţie de variabilitatea cadrului fizic. Ansamblul format de aceste populaţii este o populaţie a populaţiilor, o metapopulaţie (fig. 11-1).

Metapopulaţia reprezintă o populaţie a populaţiilor, respectiv un ansamblu format de populaţiile care sunt amplasate în fragmente discrete de habitat, formate prin intercalarea unor utilizări antropice sau ca urmare a unor procese naturale. Metapopulaţia – set sau constelaţie de populaţii locale legate prin dispersare. Conceptul de metapopulaţie este utilizat şi în domenii conexe ecologiei peisajului. Astfel, ecologia populaţiilor explică la acest nivel coexistenţa populaţiilor din specii concurente – eterogenitatea peisajului permite segregarea spaţială a nişelor Utilizarea ecologice; menţinerea populaţiilor pradă acolo unde prădătorul conceptului este foarte eficient – eterogenitatea permite găsirea unui adăpost de temporar în faţa prădătorului. metapopulaţie În genetica populaţiei şi biologia evoluţiei eterogenitatea spaţială este considerată un factor important pentru fluxul de gene, iar biologia conservării, concentrându-se asupra speciilor rare sau cu efective în scădere, urmăreşte valorificarea fragmentării în vederea menţinerii speciilor Populaţie locală respective. Metapopulaţie

Specie – areal geografic

Fig. 11-1 Raportul spaţial dintre populaţii locale, metapopulaţii şi specie, respectiv arealul geografic de răspândire al acesteia

233

Procese ecologice în peisaje eterogene

Înţelegerea proceselor ecologice care se petrec la nivelul metapopulaţiilor presupune utilizarea unei terminologii specifice, elementele cheie fiind reprezentate de următoarele noţiuni: Habitat omogen – fragmentul de habitat în care există populaţia locală. Extincţie locală – dispariţia populaţiei dintr-un habitat omogen. Recolonizare – restabilirea populaţiei locale în urma imigrării. Ciclul populaţiei – frecvenţa cu care se reînnoieşte populaţia. Succesiunea extincţie şi recolonizare. Persistenţa populaţiei – perioada de timp în care populaţia se poate menţine. Exprimată şi ca inversul ratei de extincţie. În funcţie de raporturile dintre populaţiile locale, respectiv diferenţierea lor calitativă în raport cu dispersarea, au fost identificate mai multe tipuri de comportament pentru metapopulaţii (cadrul nr. 11-1). Cadrul nr. 11-1 Tipuri de populaţii

Nucleu-satelit (continent-insulă). Metapopulaţia se împarte într-o populaţie-nucleu, de la care porneşte procesul de dispersare, şi populaţii-satelit formate în urma dispersării. Populaţiile-satelit sunt mult mai predispuse la extincţie, fiind apoi recolonizate prin dispersare din populaţia- nucleu. Continuitatea populaţiei-nucleu asigură continuitate pentru metapopulaţie. Sursă-receptor.1 În populaţiile-sursă rata creşterii este pozitivă în absenţa imigrării, realizându-se un surplus, predispus emigrării. În populaţiile-receptor, creşterea este negativă, iar persistenţa lor este dependentă de imigrare. Caracterul de populaţie-sursă sau populaţie-receptor se corelează cu favorabilitatea habitatului, exprimată sub formă de creştere a efectivului. O mare parte din populaţie poate să existe ca populaţie-receptor, dacă productivitatea populaţiei-sursă este suficient de mare pentru a susţine procesul migratoriu. Sistemul sursă-receptor poate fi interpretat şi în perspectivă temporală. Astfel, în perioadele nefavorabile, metapopulaţia se contractă la nivelul populaţiei-sursă, în timp ce în perioadele favorabile, ea se extinde spre habitatele populaţiilor-receptor. Mozaic de populaţii. Populaţiile din metapopulaţie sunt atât de bine amestecate şi interconectate prin dispersare, încât funcţionează asemenea unei populaţii. Extincţiile locale sunt recolonizate imediat, iar un individ poate să fie prezent în diferite populaţii locale pe durata vieţii lui. Metapopulaţii dezechilibrate. În unele sisteme, extincţiile locale sunt simptoame ale declinului general al metapopulaţiei. Extincţiile locale nu sunt urmate de recolonizări. Fenomenul este caracteristic distrugerii habitatelor, aşa cum se întâmplă în cazul defrişărilor. Astfel de metapopulaţii se pot reechilibra până la un nivel funcţional, dar o parte din populaţiile locale nu se vor mai reface. Metapopulaţia „clasică”. Sistemul ideal cuprinde mai multe fragmente omogene de habitat legate prin dispersare, cu cicluri ale populaţiilor mai mari de o generaţie, dar fără a cuprinde un număr prea mare de generaţii. Întrucât dinamica migraţiei este mai lentă decât procesele demografice din habitatele omogene, ocuparea habitatelor este corelată cu echilibrul dintre extincţia locală şi recolonizare.

1

Pulliam, H.R., Sources, sinks, and population regulation, American Nature, nr. 132, 1988, p. 652-661

234

Ecologie generală

Dinamica metapopulaţiei reflectă incidenţa extincţiilor locale şi a recolonizărilor, respectiv factorii care influenţează aceste procese. Factorii extincţiei. Extincţia locală este determinată de acţiunea a trei categorii de factori, care intervin în mod aleator. Aceştia sunt reprezentaţi de: - Variabilitatea demografică, care devine importantă pentru populaţiile care scad sub un anumit prag. În acest caz, ordinea proceselor demografice devine critică. De exemplu, contează foarte mult dacă un individ moare înainte să se reproducă sau se reproduce înainte să moară. Astfel de efecte apar, în general, în populaţii cu efective foarte mici; - Variabilitatea genetică sau deriva genetică apare tot în populaţiile de dimensiuni mici, datorită consangvinizării care determină homozigotarea şi manifestarea fenotipică a genelor recesive, cu efecte negative asupra ratei de supravieţuire; - Variabilitatea mediului. Rezultă, de exemplu, din variabilitatea neperiodică a climei manifestată prin fenomene climatice de risc, care afectează accesibilitatea resurselor de hrană. Fluctuaţiile mediului pot fi dependente sau independente de densitatea populaţiei. Fluctuaţiile de mare amploare, care se produc independent de densitate sunt considerate catastrofe; - Pierderea sau fragmentarea habitatului va determina modificări la nivelul metapopulaţiei. Factorii recolonizării. Întrucât recolonizarea depinde de succesul stabilirii noilor veniţi într-un habitat omogen, factorii recolonizării vor fi reprezentaţi de factorii care favorizează etapele în care acest proces este posibil. Pentru plante, aceşti factori sunt reprezentaţi de mărimea şi viabilitatea seminţelor; vectorii dispersării (vânt, apă, animale); cerinţele legate de habitat (condiţii de sol favorabile Factorii care germinării). Pentru animale, factorii recolonizării sunt distanţa; favorizează etapele în care rezistenţa faţă de habitatele intermediare, care sunt parcurse în este posibilă timpul dispersării; comportamentul de dispersare (preferinţa sau schimbarea evitarea unora dintre habitate, căutarea şi orientarea în timpul dispersării, utilizarea coridoarelor); rata şi agenţii mortalităţii pe habitatului durata dispersării. Pentru ambele categorii, intervine şi competiţia cu speciile preexitente în habitatul destinaţie. Interacţiunile care se petrec la nivelul metapopulaţiilor se materializează sub diferite forme, în funcţie de condiţiile specifice din fragmentele de habitat. Analiza acestor interacţiuni a permis formularea mai multor ipoteze în acest sens.

235

Procese ecologice în peisaje eterogene

Migraţia modifică calitativ dinamica populaţiei. Migraţia adaugă un nou nivel de comportament modelelor populaţionale. Sistemele pradă-prădător, gazdă-parazit şi sistemele concurenţiale pot fi stabilizate de o anumită combinare a ratelor relative ale migraţiei şi proceselor locale. Metapopulaţiile se pot menţine şi în cazurile în care multe din populaţiile locale sunt ameninţate de extincţie. Pragul de extincţie este considerat nivelul la care este ameninţată metapopulaţia. Aceste praguri sunt adesea greu de stabilit, fiind detectabile numai atunci când au fost depăşite. Dinamica locală rezultă din efectele arealului sau izolării asupra ocupării fragmentelor de habitat sau asupra dinamicii populaţiei. Efectul areal se produce pentru că probabilitatea extincţiei se diminuează pe măsură ce dimensiunea populaţiilor creşte şi tind să fie ocupate habitate mai mari. Efectele izolării se produc pentru că probabilitatea recolonizării scade o dată cu creşterea distanţei faţă de sursa de propagare. În general, previziunile făcute pe baza teoriei Datele metapopulaţiilor sunt intuitive şi cuprinzătoare, dar sunt slab empirice nu sunt accesibile susţinute de datele empirice. Acest lucru este determinat de dificultăţile logistice în colectarea datelor. Fenomenul dispersării se la nivelul produce pe durata a mai multor generaţii, fiind practic imposibil metapopulade înregistrat. ţiilor Astfel, deşi teoria metapopulaţiilor stă la baza formulării liniilor directoare în biologia conservării, datele necesare pentru a demonstra ipotezele de mai sus sunt imposibil de colectat. 11.2 Biologia conservării Biologia conservării este o ştiinţă sintetică care se concentrează asupra aplicării principiilor ecologice şi biologice în protecţia biodiversităţii. Reprezintă o fuziune între ideile relevante din ecologie, genetică, biogeografie, biologia reproducerii şi din ştiinţe aplicate – managementul ecosistemelor şi silvicultură. Ecologia contribuie la realizarea obiectivelor propuse de Autoecologie biologia conservării prin furnizarea informaţiilor referitoare la istoria Persistenţă naturală şi autoecologia speciilor rare; persistenţa populaţiilor; stabilirea unei politici naţionale pentru menţinerea diversităţii. Cadrul fizic Ecologia peisajului aduce informaţii asupra a trei procese relevante pentru biologia conservării – cadrul fizic al peisajului, ca Dinamica agent principal al diversificării; perturbarea şi variabilitatea metapopula- naturală; precum şi dinamica metapopulaţiilor. ţiilor Delimitarea ariilor protejate a reprezentat, din totdeauna, subiectul a numeroase controverse. Cele mai ample dezbateri au

236

Ecologie generală

SLOSS

fost cele asupra dimensiunii optime, în care s-au confruntat două ipoteze: o singură suprafaţă protejată de dimensiuni mari sau mai multe suprafeţe protejate de dimensiuni mici. Confruntarea este cunoscută în literatura de specialitate ca disputa SLOSS („single large or several small”). Planificarea conservării presupune o acţiune diferenţiată, care poate fi analizată în termenii nivelului ecologice la care sunt urmărite obiectivele de conservare, criteriilor folosite pentru alegerea localizărilor şi obiectivelor, secvenţei temporale a activităţilor de planificare şi management etc.

Nivelurile ecologice ale obiectivelor de conservare De-a lungul timpului, obiectivele de conservare s-au concentrat, cu precădere, asupra speciei. Ultimele evoluţii din acest domeniu evidenţiază faptul că elaborarea strategiilor de conservare trebuie să se bazeze pe un set mai diversificat de obiective, corelat cu determinismul diversităţii căreia i se adresează. Astfel, nivelurile obiectivelor de conservare sunt reprezentate de: È Diversitatea genetică devine importantă în cazul populaţiilor de dimensiuni mici, unde afectează viabilitatea acestora;

Specii-obiectiv Specii „umbrelă” Specii-cheie

Delimitare geografică clară

È Specia, obiectivul tradiţional. Alegerea speciilor se face pe baze strategice. Deşi au fost vizate cu precădere speciile rare, în continuare se vor avea în vedere şi speciile protectoare („umbrelă”), care ajută la menţinerea altor membrii ai comunităţii şi speciile-cheie, a căror existenţă este importantă pentru menţinerea sistemului din care fac parte. De exemplu, consumatorii de vârf sunt specii cheie, întrucât evoluţia lor va afecta un număr mare de specii. În aceeaşi poziţie sunt şi speciile care transformă puternic configuraţia peisajului – arbori, castori etc.; È Comunităţi reprezentative sunt adoptate ca obiective ale conservării când se urmăreşte protecţie majorităţii, dar nu a tuturor, speciilor pe care le cuprind; È Ecosistemele devin obiective convenabile atunci când ele sunt delimitate foarte clar de procese geomorfologice; È Peisajele sunt potrivite ca obiectiv de protecţie în situaţia în care juxtapunerea spaţială şi interacţiunea dintre ecosistemele componente sau tipurile de habitat justifică un tratament holist.

237

Procese ecologice în peisaje eterogene

Scara spaţială a activităţii Planificarea activităţilor de conservare se realizează pe scări spaţiale care se suprapun, aceste fiind reprezentate de: • Scara locală sau sit-ul vizează parcele sau ecosisteme şi Lac, mlaştină, reprezintă cea mai mică unitate de management în pârâu, pădure planificare. Sit-ul poate fi un lac, o mlaştină, un segment de pe cursul unui râu, un pârâu sau un fragment dintr-o pădure sau altă comunitate-matrice. Dimensiunea efectivă este dictată de particularităţile speciilor sau proceselor vizate de conservare; • Scara peisajului presupune administrarea colectivă a mai multor sit-uri; • Reţelele de rezervaţii sunt considerate pentru menţinerea Schimbări conectivităţii dintre rezervaţiile realizate la scară de peisaj. climatice De exemplu, asigurarea conectivităţii nord-sud este esenţială în pregătirea comunităţilor pentru schimbările Specii climatice cu determinism antropic. Pentru alte specii, migratorii reţelele de rezervaţii permit menţinerea rutelor de migraţie. Criteriile alegerii obiectivelor de conservare È Unicitatea ecologică – accentuează raritatea unităţii taxonomice, dar ia în considerare şi caracterul endemic sau alţi factori care justifică o atenţie specială pentru un sit sau o specie; È Viabilitatea ia în considerare probabilitatea ca specia vizată să persiste în sit-ul protejat. Factorii care influenţează viabilitatea includ dimensiunea rezervaţiei, conectarea cu alte sit-uri, efectele de graniţă sau alţi factori care afectează modificarea efectivelor; È Riscurile. Se iau în calcul un număr mare de evenimente cu determinism natural sau antropic care pot influenţa Dezvoltarea viabilitatea sit-ului pe termen lung sau valoarea sa ca activităţilor rezervaţie. Presiunea dezvoltării sau impactul utilizării socialterenurilor din vecinătate sunt adesea citate ca economice reprezentând factori de risc; È Fezabilitatea include o gamă de factori legaţi de probabilitatea ca sit-ul să fie protejat. Aici sunt incluse criterii economice şi administrative. Faptul că unele din criteriile de mai sus influenţează mai mult rezultatul obţinut în situaţii particulare depinde de problematică şi de circumstanţele în care ea trebuie rezolvată. Nu există o reţetă general valabilă pentru planificarea ariilor protejate.

238

Ecologie generală

ƒ ƒ ƒ

Cu toate acestea, s-au formulat mai mulţi algoritmi de selecţie a rezervaţiilor: Algoritmul 1 („al lăcomiei”) – încearcă să reprezinte numărul maxim de specii în numărul minim de sit-uri; Algoritmul 2 („al rarităţii”) – vizează prioritar speciile rare, adăugând şi alte specii în măsura în care primelor li s-a asigurat conservarea; Algoritmul 3 - măreşte diversitatea în sit-urile care sunt, pe cât posibil, continue spaţial, maximizând conectivitatea. Observăm faptul că fiecare algoritm tinde să accentueze doar unul din cele trei criterii în favoarea celorlalte şi că sunt preferate, cu precădere, primele două criterii de alegere a obiectivelor de conservare. Algoritmii care iau în considerare toate criteriile sunt încă puţin dezvoltaţi.

Criterii de evaluare a funcţionalităţii ecologice Din ce în ce mai des obiectivul central al acţiunilor de conservare nu mai este o anumită specie, ci procesele ecologice în ansamblul lor, procese care sunt esenţiale pentru menţinerea Protecţia speciei respective. Evoluţia spre această perspectivă mai largă este proceselor o consecinţă a numeroaselor insuccese rezultate atât în urma ecologice construirii strategiilor de protecţie pe conservarea unei specii, cât şi celor care însoţesc demersurile de conservare ex situ. În acest caz este imposibilă reconstrucţia condiţiilor naturale de mediu, în plus, astfel de realizări nu pot fi obţinute decât prin eforturi financiare foarte mari. La nivelul unui portofoliu de sit-uri sau al unui peisaj, integritatea ecologică a sistemului se apreciază în raport cu următoarele criterii: È Compoziţia şi structura comunităţilor, inclusiv structura pe vârstă şi dimensiuni a populaţiilor, în funcţie de caracteristicile locale; Compoziţie È Regimul mediului – cuprinde întregul spectru format de şi structură gradienţii abiotici şi regimul perturbărilor naturale care caracterizează sistemul; Regimul È Suprafaţa dinamică minimă (SDM) reprezintă suprafaţa necesară mediului pentru menţinerea variabilităţii spaţiale necesare pentru SDM conservarea eterogenităţii naturale a sistemului; È Conectivitatea presupune aprecierea aspectelor relevante pentru: Conectivitate • speciile care au nevoie de habitate multiple de-a lungul ciclului lor de viaţă; • dispersia din interiorul metapopulaţiilor; • apărarea („tamponarea”) împotriva schimbărilor de mediu pe termen scurt şi pe termen lung.

239

Procese ecologice în peisaje eterogene

Noţiunile de suprafaţă dinamică minimă şi spectrul eterogenităţii naturale sunt esenţiale în studiile de ecologia peisajului, care este, de asemenea, chemată să răspundă provocărilor pe care le presupune previziunea sau documentarea acestor manifestări. Scări temporale şi secvenţa activităţilor Secvenţele de activităţi stabilite în planificarea conservării cuprind mai multe stadii. Detaliile stabilirii secvenţelor se schimbă într-o oarecare măsură de la o arie protejată la alta, în funcţie de scara spaţială la care este planificată activitatea. Planificarea în timp presupune parcurgerea următorilor paşi: • planificare ecoregională; • selecţia sit-urilor pentru portofoliul rezervaţiei; • formularea şi managementul planurilor pentru sit-urile individuale; • monitorizarea şi determinarea realizărilor obţinute. La nivelul unui sit individual, strategia de conservare se va baza pe aşa-numitul sistem „5S”, respectiv: È sistemele (obiectivele vizate ale conservării la nivelul unui sit, incluzând procesele ecologice care le menţin); È stresurile ( sunt fenomene de degradare ce afectează sistemul); È sursele ( agenţii generatori stresuri şi care trebuie eliminate); È strategiile (dezvoltate pentru eliminarea stresului sau pentru reconstrucţia sistemului, în funcţie de necesităţi); È succesul este măsura diversităţii sau sănătăţii ecologice, fiind folosită pentru a marca sau pentru a evalua rezultatele strategiei. Prin elementele menţionate, strategiile de conservare se încadrează în managementul adaptativ, devenind astfel flexibile în raport cu schimbările care se produc pe măsură ce sunt implementate. Biologia conservării este o disciplină dinamică, care se află în prezent în pragul unui proces de tranziţie. Acest proces va duce la modificări profunde, de conţinut. Între transformările care au avut deja loc sau care se vor produce în curând, menţionăm: Specii→sistem ƒ tranziţia de la specie la sistem în formularea obiectivelor de conservare, respectiv tranziţia de la obiective individuale la o Scara abordare holistă; ƒ scara la care este planificată conservarea s-a modificat. Astfel, s-a trecut de la scara locală la scara întregului peisaj, luându-se în considerare legăturile dintre sit-uri;

240

Ecologie generală

ƒ

Reactiv→ Preventiv Management activ, adaptativ ƒ

de la o disciplină reactivă, abordând situaţii de urgenţă ale speciilor ameninţate sau pe cale dispariţie, s-a trecut la o abordare proactivă, preventivă prin identificarea şi stabilirea priorităţii obiectivelor pe baza unor strategii pe termen lung şi la scară mare, care cuprind toate comunităţile reprezentative, justificate a fi protejate; practica conservării a depăşit etapa care se baza pe dictonul „cumpără-l şi pune-l în conservare”, mergând spre practicarea unui management activ şi adaptativ.

Trecând prin astfel de transformări, biologia conservării va deveni o disciplină ştiinţifică de succes, care va soluţiona, în acelaşi timp, numeroase probleme „de teren”. În acest context, ea va trebui să răspundă însă următoarelor provocări: ) Până la ce nivel este posibil ca prin planificarea raţională a peisajului să fie compensate pierderile de habitat? Punând astfel problema, se recunoaşte faptul că pierderea habitatului este principala cauză care determină eterogenitatea, dar şi faptul că este imposibil să se mărească la infinit suprafaţa ariilor protejate; ) În timp ce în plan teoretic, atât ecologia peisajului, cât şi biologia conservării se preocupă de proiectarea rezervaţiei optime, în realitate scenariile din managementul conservării se confruntă cu îndeplinirea obiectivelor specifice pe baza resurselor existente. Cum se poate face acest lucru cel mai bine? Este o altă întrebare la care va trebui să răspundă biologia conservării; ) Majoritatea proceselor negative sunt cauzate de evenimente care se produc în afara rezervaţiilor, în peisajul în care se încadrează acestea. Prin urmare, este necesar un management integrat al rezervaţiei şi al regiunilor înconjurătoare; ) Care este rolul potrivit al modelelor şi al teoriei în biologia conservării? Cu alte cuvinte, cum pot modelele să ajute în situaţii în care există dificultăţi în colectarea datelor sau atunci când sunt necesare decizii imediate? ) Care sunt procedurile de urmat în biologia conservării şi în ecologia peisajului atunci când informaţiile sunt necorespunzătoare? Cum se pot concilia dificultăţile monitorizării şi experimentării cu presiunea acţiunii imediate pe care o solicită eforturile de conservare? Răspunsurile adecvate unor astfel de situaţii se vor modela în funcţie de condiţiile locale, posibilităţile de generalizare rămânând în continuare limitate. Această restricţie poate fi interpretată şi ca rezultat al unui paradox. Astfel, într-o lume vie în care surprinde unitatea principiilor ecologice de bază, modul în care această unitate generează răspunsuri extrem de diferite în faţa

241

Procese ecologice în peisaje eterogene

unor condiţii de mediu variate constituie, în aceeaşi măsură, o manifestare neaşteptată.

Verificarea cunoştinţelor Identificaţi relaţia între unele populaţii ale ecosistemelor din Munţii Carpaţi. Care sunt relaţiile posibile între acestea şi în ce măsură sunt influenţate de barierele fizico-geografice? Daţi exemple de extincţii şi recolonizări ale unor specii în diferite localizări. Identificaţi perechile de populaţii – nucleu-satelit; sursă-receptor. Stabiliţi secvenţa activităţilor pentru una din ariile protejate cunoscute. Cum se corelează aceasta cu nevoile reale ale conservării? Ce modificări caracterizează tranziţia pe care o traversează în prezent biologia conservării? În ce măsură răspund acestea provocărilor reale în protecţia biodiversităţii?

Teste de autoevaluare 1)

Legătura dintre componentele unei metapopulaţii se manifestă, cu precădere, sub forma: a) relaţiilor trofice; b) dispersării; c) relaţiilor alelopatice; d) relaţiilor interspecifice; e) adaptării şi acomodării.

2) Factorii recolonizării sunt reprezentaţi de: 1. stocasticitatea mediului; 2. variabilitatea genetică; 3. dimensiunea şi viabilitatea seminţelor; 4. structura pe clase de vârstă; 5. distanţa faţă de populaţia-nucleu sau populaţia-sursă; 6. variabilitatea neperiodică a climei; 7. mortalitatea pe durata dispersării; 8. regimul perturbărilor a) 1,5,7; b) 2,4,8; c) 1,3,6; d) 3,5,7; e) 4,7,8.

242

Ecologie generală

3)

Ecosistemul reprezintă un nivel corespunzător de planificare a acţiunilor de conservare atunci când: a) cuprinde un număr mare de populaţii; b) pot fi delimitate cu uşurinţă prin folosirea unor criterii fizico-geografice; c) se află la distanţă mare de activităţile umane; d) se urmăreşte menţinerea diversităţii genetice; e) protecţia biodiversităţii nu poate fi planificată la acest nivel.

4) Confruntarea cu schimbările climatice de origine antropică obligă planificarea acţiunilor de conservare la următorul nivel: a) diversitate genetică; b) ecosistem; c) peisaj; d) reţea de rezervaţii; e) ecoregiune.

243

Ecologie generală

1 Teste de autoevaluare 1) Principiul fundamental pentru cunoaşterea fenomenului ecologic este reprezentat de: a) stabilitate; b) interacţiune; c) complementaritate; d) colaborare; e) ierarhizare. 2) Luând în considerare sensul etimologic, ecologia este ştiinţa care se ocupă cu studiul: a) fenomenelor fizice şi biologice; b) gospodăriei în natură; c) proceselor naturale; d) echilibrelor; e) populaţiilor. 3) Caracteristicile ecologice ale unei specii, inclusiv adaptările sale la acţiunea factorilor de mediu sunt studiate de: a) ecologia generală; b) sinecologie; c) autoecologie; d) heteroecologie; e) ecologie aplicată. 4) Spaţiul, respectiv funcţia sunt caracteristice care corespund următoarelor entităţi: a) ecosistem, respectiv înveliş geografic; b) geosistem, respectiv peisaj; c) ecosistem, respectiv geosistem; d) geosistem respectiv ecosistem; e) ecosistem, respectiv populaţie. 5) Calitatea geosistemului se apreciază pe baza măsurării: a) dimensiunilor, pe verticală şi orizontală; b) diversităţii; c) productivităţii biologice; d) intensităţii proceselor geomorfologice; e) energiei reliefului.

244

Gândirea sistemică

2 Teste de autoevaluare 1) Formularea noţiunii de „entropie” a însemnat pentru fizică o transformare foarte importantă pentru că astfel era recunoscută existenţa: a) interdependenţei dintre procesele fizice şi procesele ecologice; b) reversibilităţii proceselor; c) schimbării calitative; d) ireversibilităţii proceselor; e) c+d. 2) Sistemele departe de echilibru corespund, în funcţie de schimburile cu mediul extern: a) sistemelor închise; b) sistemelor izolate; c) sistemelor deschise; d) sistemelor termodinamice; e) structurilor ierarhice din lumea vie. 3) Modificările induse de procesul evoluţiei în sistemele vii sunt evidenţiate prin: a) utilizarea modelelor tip simbol; b) abstractizarea ştiinţifică; c) abordarea istorică; d) utilizarea modelelor matematice; e) abordarea ierarhizată. 4) În sistemele deschise acţionează: a) legile transformării şi conservării; b) legile conservării materiei şi entropiei; c) legile interacţiunii; d) principiile biologice; e) principiile fundamentale ale organizării biocenotice. 5) Restricţiile teoriei complexelor naturale teritoriale sunt date de: a) explicarea dinamicii proceselor şi elaborarea prognozelor; b) posibilităţile de cartografiere a fenomenelor; c) corelaţiile interdisciplinare; d) posibilităţile de generalizare; e) elaborarea prognozelor.

245

Fenomenul ecologic

3 Teste de autoevaluare 1)

Subansamblele de factori care intervin direct şi semnificativ în structura şi funcţionarea sistemelor vii reprezintă: a)

factorii biotici;

b) factorii ecologici; c)

factorii direcţi;

d) factorii ecologici direcţi; e) 2)

factorii abiotici.

Condiţiile ecologice în care trăieşte o anumită specie formează: a)

biotopul;

b) ecosistemul; c)

mediul;

d) habitatul; e)

oikumena.

3) Formele de relief ale suprafeţei crustei terestre şi ale substratului submarin constituie mediul: a)

cosmic;

b) edafic; c)

orografic;

d) geochimic; e)

terestru.

4) „Câştigul” de energie al substanţelor organice în raport cu dioxidul de carbon, apa şi substanţele minerale din care s-au format este asigurat prin: a)

respiraţie;

b) catabolism; c)

fotosinteză;

d) metabolism; e)

asimilaţie.

5) Legea minimului evidenţiază influenţa preponderentă pe care o exercită: a)

macroelementele;

b) substanţele minerale aflate în concentraţii mari; c)

microelementele;

d) substanţele minerale aflate în concentraţia cea mai mică în raport cu necesităţile; e)

substanţele minerale aflate în concentraţia cea mai mică.

246

Economia biosferei

4 Teste de autoevaluare 1) Prin activitatea plantelor, biosfera pune în rezervă şi redistribuie pe glob: a) resursele minerale; b) energia provenită din spaţiul cosmic; c)

resursele de apă;

d) substanţa organică; e) materia bioinertă. 2) Repartiţia diferenţiată a resurselor climatice şi, corelat cu aceasta, a celor edafice determină în biosferă: a) structura spaţială; b) structura funcţională; c)

intensitatea fluxurilor de materie;

d) randamentul fotosintetic; e) randamentul transferului de energie. 3) Acumularea biogeochimică nu a participat la formarea unor zăcăminte cum sunt: a) petrolul, gazele naturale; b) guanoul şi salpetrul; c)

bauxita, pirita;

d) fosforitele; e) cărbunii. 4) Impactul antropic perturbator nu se manifestă, la nivelul ciclului biogeochimic al oxigenului, prin: a) utilizarea combustibililor fosili; b) încărcarea apelor cu substanţe organice; c)

defrişarea pădurilor tropicale;

d) practicarea culturilor extensive; e) folosirea îngrăşămintelor chimice azotate şi fosfatice.

247

Ecologie generală

5) Randamentul transformărilor energetice în biosferă (fotosintetic, de la un nivel trofic la altul) relevă: a) o eficienţă sporită în utilizarea energiei; b) dependenţa de o sursă abundentă şi inepuizabilă; c)

posibilităţile de refolosire ale energiei;

d) dependenţa de o sursă slab accesibilă; e) perfecţionarea sistemelor biologice prin evoluţie.

248

Structura ecosistemului

5 Teste de autoevaluare 1) Biocenoza, componenta vie a ecosistemului, are funcţie de: 1. dispersare a energiei; 2. înmagazinare a căldurii; 3. reglare a metabolismului atomilor elementelor chimice; 4. concentrare a entropiei pozitive; 5. reglare a ciclului biogeochimic local; 6. captare a energiei solare; 7. accelerare a proceselor geomorfologice; 8. accelerare a transferului energetic. a) 1,2,6; b) 3,6,8; c)

3,5,6;

d) 2,6,7; e) 3,5,8. 2) Speciile alcătuitoare ale biocenozei sunt supuse unui proces de selecţie datorită manifestării: a) filtrului de biotop şi legii lui Gause; b) legii factorilor ecologici; c)

presiunii ecosistemelor învecinate;

d) constanţei şi dominanţei unei specii; e) procesului de coevoluţie. 3) Considerând „N” numărul de specii dintr-o biocenoză şi x1 ... xn numărul de indivizi corespunzând fiecărei specii (1 ... n), dacă numărul total de indivizi este de 100, în care din situaţiile următoare se înregistrează cea mai mare diversitate: a) N = 5; x1 = 10; x2 = 80; x3 = 5; x4 = 3; x5 = 2; b) N = 10; x1 = 10; x2 = 10; x3 = 10; ... x10 = 10; c)

N = 3; x1 = 5; x2 = 90; x3 = 5;

d) N = 10; x1 = 1; x2 = 5; x3 = 2; x4 = 3; x5 = 2; x6 = 1; x7 = 1; x8 = 2; x9 = 3; x10 = 80; e) N = 2; x1 = 10; x2 = 90;

249

Ecologie generală

4) Abaterea de la condiţiile de existenţă dintr-un biotop conduce la: a) scăderea numărului de indivizi pentru speciile adaptate; b) creşterea numărului de specii de microorganisme; c)

creşterea numărului de specii şi scăderea numărului de indivizi;

d) scăderea numărului de specii şi creşterea numărului de indivizi; e) modificarea raportului dintre nivelurile trofice. 5) Prin procesul de asimilaţie, organismele realizează: a) ordonarea materiei, acumularea de entropie pozitivă; b) dispersarea selectivă a atomilor elementelor biogene; c)

ordonarea materiei, acumularea de entropie negativă;

d) eliberarea entropiei, sub formă de căldură; e) un echilibru în circuitul substanţei.

250

Ecologie generală

6 Teste de autoevaluare 1) Energia chimică stocată în diferite tipuri de alimente poate fi cuantificată prin cunoaşterea următoarelor elemente: 1. conţinutul în apă; 2. fracţiunea reprezentate de proteine; 3. variaţia de entropie prin combustie; 4. fracţiunea reprezentate de lipide; 5. fracţiunea reprezentate de carbon; 6. cantitatea de dioxid de carbon fixată prin fotosinteză; 7. fracţiunea reprezentată de hidrogen; 8. fracţiunea reprezentată de glucide. a) 5,6,8; b) 1,2,3; c) 3,4,5; d) 2,4,8; e) 2,4,5. 2) Forma primară de energie pentru toată biosfera este reprezentată de: a) radiaţia ultravioletă; b) energia stocată în nucleul Pământului; c) radiaţia infraroşie; d) radiaţia electromagnetică din spectrul vizibil; e) diferenţele de temperatură care generează deplasări ale maselor de aer sau ale apelor oceanice. 3) Raportul dintre energia asimilată şi energia ingerată reprezintă: a) eficienţa ecologică; b) eficienţa asimilării; c) eficienţa valorificării; d) productivitatea netă; e) eficienţa producţiei nete. 4) Dacă energia ingerată = 200 cal; energia asimilată = 180 cal, ne situăm pe următorul nivel trofic: a) producători; b) consumatori primari; c) consumatori cu regim de hrană divers, în care predomină insectele; d) producători secundari; e) consumatori de ordin superior. 5) Cantitatea de energie eliminată prin respiraţie raportată la producţia brută: a) scade de la producătorii primari la consumatorii de ordin superior; b) se menţine constantă, indiferent de nivelul trofic; c) creşte de la producătorii primari la consumatorii de ordin superior; d) depinde de numărul de specii de pe fiecare nivel trofic; e) variază direct proporţional cu biomasa.

251

Ecologie generală

7 Teste de autoevaluare 1) Ciclurile biogeochimice legate de cele două procese fiziologice complementare la scară globală, fotosinteza şi respiraţia, se realizează complet prin intermediul: a) ecosistemelor agricole; b) activităţii umane; c) ecosistemelor acvatice cu regim curgător; d) ecosistemelor majore; e) circulaţiei generale a maselor de aer. 2) Ecosistemul agricol se încadrează în categoria ecosistemelor: a) mixte; b) amenajate; c) majore; d) minore; e) a+b. 3) Diversitatea cenotică medie spre săracă şi generarea de negentropie în ecosferă sunt caracteristici ale următoarelor ecosisteme: a) aşezări umane; b) ecosisteme agricole; c) tundre; d) ape interioare; e) c+d.

252

Ecosisteme naturale

8 Teste de autoevaluare 1) Ecosistemul de pădure acţionează în sensul protecţiei resurselor de apă prin: 1. creşterea concentraţiei în ioni hidrocarbonat; 2. formarea rezervelor de apă; 3. menţinerea şi sporirea biodiversităţii; 4. regularizarea regimului râurilor; 5. creşterea evapotranspiraţiei; 6. atenuarea efectelor precipitaţiilor acide; 7. coborârea nivelul freatic; 8. creşterea vitezei scurgerilor de suprafaţă: a) 1,3,6; b) 5,6,8; c) 1,2,4; d) 3,5,8; e) 4,6,7. 2) Relieful cu fragmentare redusă, cu altitudini de 300-600 m, cu climă cladă şi relativ uscată reprezintă caracteristici ale biotopului în ecosistemul: a) pădurilor de fag; b) grindurilor din Delta Dunării; c) pădurilor de molid; d) tufărişurilor; e) pădurilor de stejare; 3) Biocenoza poate deveni dominată de specii de arbori numai dacă: a) temperatura medie anuală este >3°C; b) suma gradelor de temperaturi medii zilnice depăşeşte 3 000°C; c) temperatura medie zilnică este >10°C cel puţin 60 de zile pe an; d) cantitatea de precipitaţii este >600 mm/an; e) temperatura medie zilnică este >20°C cel puţin 30 de zile pe an. 4) În ecosistemul de pădure, raportul dintre procesele de producţie şi consum de biomasă este apropiat de valoarea: a) 0.3; b) 1.0; c) 5.5; d) –1.0; e) 2.0. 5) Ţinând cont de procentul actual de împădurire, starea cea mai apropiată de optimul ecologic se înregistrează în: a) Europa; b) Australia; c) America de Nord; d) Asia de Sud; e) America de Sud.

253

Ecosisteme amenajate

9 Teste de autoevaluare 1) Variabilele care caracterizează ecosistemul agricol, în calitate de principal furnizor de alimente, sunt reprezentate de: a) spaţiul de hrană, materialul biologic, populaţia globului pământesc; b) resursele de apă pentru irigaţii, materialul biologic, spaţiul rural; c) spaţiul de hrană, densitatea populaţiei, randamentul fotosintetic; d) materialul biologic, randamentul energetic al lanţurilor trofice, resursele de apă pentru irigaţii; e) puterea de cumpărare, spaţiul de hrană, densitatea populaţiei. 2) Cele ţări: a) b) c) d) e)

mai mari suprafeţe irigate sunt, în ordine descrescătoare, în următoarele Uzbekistan, India, Iran; Iran, China, România; India, China, S.U.A.; Japonia, Egipt, Indonezia; S.U.A., China, India.

3) Printre trăsăturile care individualizează ecosistemul agricol se numără: 1. încetinirea fluxurilor biogeochimice; 2. varietatea biomasei produse; 3. menţinerea într-un stadiu tânăr; 4. productivitatea biologică ridicată; 5. acumularea biomasei; 6. randamente ridicate ale transformărilor energiei la nivelul organismelor; 7. stabilitatea ridicată; 8. capacitatea de autoreglare. a) 3,4,5; b) 6,7,8; c) 1,3,5; d) 1,6,8; e) 3,4,6. 4) Adăpostul relativ, pe care îl oferă faţă de prădători şi faţă de factorii climatici nefavorabili, caracterizează ecosistemul: a) Deltei Dunării; b) Mării Negre; c) minor; d) urban; e) agricol. 5) Adoptarea principiilor ecologice în cercetarea şi proiectarea sistemelor industriale a dus la formularea unor concepte noi, între care se numără: a) reţele industriale ecologice; b) simbioză industrială; c) ecosistem industrial; d) parcuri industriale ecologice; e) toate variantele de mai sus.

254

Eterogenitatea peisajului

10 Teste de autoevaluare 1) Dezvoltarea ecologiei peisajului (spaţiale) este motivată de aplicabilitatea practică, cu deosebire în conservarea ecosistemelor şi a fost posibilă ca urmare a dezvoltării: a) tehnicilor de ridicare topografică; b) fotogrammetriei; c) biologiei conservării; d) sistemelor informatice geografice (GIS); e) expediţiilor ecologice. 2) Identificarea fragmentelor omogene de peisaj se face prin folosirea uneia din următoarele metode: a) analiza distribuţiei dimensiunilor; b) stabilirea conectivităţii; c) metoda ferestrelor mobile; d) stabilirea raportului dintre perimetru şi suprafaţă; e) analiza adiacenţei cu alte fragmente omogene. 3) Variaţia temperaturii medii anuale în raport altitudinea este o variaţie de tip: a) aleator; b) gradient; c) ascendent; d) geochimic; e) terestru. 4) Fragmentele omogene de peisaj sunt caracterizate prin analiza indicatorilor: 1. suprafaţă; 2. conectivitate; 3. procese biotice; 4. perimteru; 5. complexitatea formei; 6. adiacenţă; 7. dispersie; 8. regimul perturbărilor. a) 1,4,5; b) 2,3,6; c) 1,7,8; d) 2,4,7; e) 4,5,8. 5) În managementul ariilor protejate este necesară cunoaşterea: a) parametrilor stării de normalitate; b) modalităţilor de menţinere a stării staţionare; c) amplitudinii naturale a variabilităţii; d) varianţei care se manifestă între fragmentelor omogene de peisaj; e) factorilor de diversificare a peisajului.

255

Procese ecologice în peisaje eterogene

11 Teste de autoevaluare 1)

Legătura dintre componentele unei metapopulaţii se manifestă, cu precădere, sub forma: a) relaţiilor trofice; b) dispersării; c) relaţiilor alelopatice; d) relaţiilor interspecifice; e) adaptării şi acomodării.

2) Factorii recolonizării sunt reprezentaţi de: 1. stocasticitatea mediului; 2. variabilitatea genetică; 3. dimensiunea şi viabilitatea seminţelor; 4. structura pe clase de vârstă; 5. distanţa faţă de populaţia-nucleu sau populaţia-sursă; 6. variabilitatea neperiodică a climei; 7. mortalitatea pe durata dispersării; 8. regimul perturbărilor a) 1,5,7; b) 2,4,8; c) 1,3,6; d) 3,5,7; e) 4,7,8. 3)

Ecosistemul reprezintă un nivel corespunzător de planificare a acţiunilor de conservare atunci când: a) cuprinde un număr mare de populaţii; b) pot fi delimitate cu uşurinţă prin folosirea unor criterii fizico-geografice; c) se află la distanţă mare de activităţile umane; d) se urmăreşte menţinerea diversităţii genetice; e) protecţia biodiversităţii nu poate fi planificată la acest nivel.

4) Confruntarea cu schimbările climatice de origine antropică obligă planificarea acţiunilor de conservare la următorul nivel: a) diversitate genetică; b) ecosistem; c) peisaj; d) reţea de rezervaţii; e) ecoregiune.

256

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ 1. 2. 3. 4.

5. 6.

7. 8.

9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

Arsene, G.G., Elemente de ecologie generală, Timişoara, Editura Orizonturi Universitare, 2002 Barbault, R., Des baleines, des bacterie set des hommes, Paris, Odile Jacob, 1994 Barbault, R., Ecologie generale. Structure et fonctionement de la biosphere, Paris, Masson, 1997 Barloy, J., Cours de phytotechnie generale, Cours de Conservatoire National des Arts et Metiers, Centre Regional associe de Rennes, Ecole Nationale Superieure Agronomiques de Rennes, 1991 Bazilevici, N.I., Drozdov, A.V., Rodin, L.E., Produtivnost rastitelnoga prokrova zlmli, J.Osc. Biol, 29, 1968 Blauberg, I.V., Sadovski, V.N., Iudin, E.G., Abordarea sistemică şi ştiinţa contemporană, în volumul Metoda cercetării sistemice, Bucureşti, Editura Ştiinţifică, 1974 Bleahu, M., Priveşte înapoi cu mânie... Priveşte înainte cu spaimă, Bucureşti, Editura Economică, 2002 Bogdan, Octavia, Niculescu, Elena, Caracteristici climatice ale regiunii subcarpatice de la Curbură şi specificul utilizării terenurilor, Suceava, Analele Universităţii „Ştefan cel Mare”, V, 1996 Botnariuc, N., Vădineanu, A., Ecologie, Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică, 1982 Botnariuc, N., Echilibrul sistemelor supraindividuale, Bucureşti, Editura Academiei Române, 2004 Bran, Florina, Potenţialul geoecologic al Podişului Basarabiei, calitatea mediului şi măsuri de protecţie, Bucureşti, Editura Diogene, 1998 Bran, Florina (2002), Ecologie generală şi protecţia mediului, Bucureşti Editura ASE, Bran, Florina, Degradarea ecosistemelor (silvicultură şi turism). Implicaţii economice, Bucureşti, Editura ASE, 2002 Bran, Florina, Componenta ecologică a deciziilor de dezvoltare economică (silvicultură şi turism), Bucureşti, Editura ASE, 2002 Bran, Florina, Ioan, Ildiko, Marin, D., Mockesch, Carmen, Mic lexicon de protecţia mediului, Bucureşti, Editura Economică, 1999 Bran, Florina, Ioan, Ildiko, Ecosferă şi politici ecologice, Bucureşti, Editura ASE, 2002 Bran, Florina, Ioan, Ildiko, Trică, Carmen, Eco-economia ecosistemelor şi biodiversitatea, Bucureşti, Editura ASE, 2004 Bran, P., Economica valorii, Bucureşti, Editura ASE, 2001

257

Ecologie generală

19. Chauvet, M., Olivier, L., La biodiversite, enjeu planetaire. Preserver notre patrimoine genetique, Paris, Eds. Sang de la Terre, 1993 20. Conea, Ana, Vintilă, Irina, Canarache, A., Dicţionar de ştiinţa solului, Bucureşti, Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, 1977 21. Coste, I., Omul, biosfera şi resursele naturale, Timişoara, Editura Facla, 1982 22. Crow, J.F., Erwin Schrödinger and the Hornless Cattle Problem, Genetics, 130, 1992 23. Dommergues, Y., Mangenot, F., Ecologie microbienne du sol, Paris, Masson, 1970 24. Duţu, M., Ecologie. Filosofia naturală a vieţii, Bucureşti, Editura Economică, 1999 25. Duvigneaud, P., La synthese ecologique, Paris, 1974 26. Eigen, M., La ce ne putem aştepta de la biologia secolului XX? în volumul Ce este viaţa? Următorii 50 de ani. Speculaţii privind viitorul biologiei (editate de M.P. Murphy, L.A.J.O’Neill), Bucureşti, Editura Tehnică, 1999 27. Georgesc-Roegen, N., Legea entropiei şi procesul economic, Bucureşti, Editura Expert1994 28. Gore, A., Pământul în cumpănă. Ecologia şi spiritul uman, Bucureşti, Editura Tehnică, 1994 29. Hendrikson, J.B., Chimia organică, Bucureşti, Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, 1976 30. Ioan, Ildiko, Resursele agroclimatice ale podgoriilor din România, Bucureşti, Editura ASE, 2003 31. Ionescu, A., Săhleanu, V., Bândiu, C., Protecţia mediului înconjurător şi educaţia ecologică, Bucureşti, Editura Ceres, 1991 32. Jones, C.K.R.T., Khibnik, A.I., Jones, C., Multiple-Time-Scale Dynamical Systems, Springer-Verlag Telos, 2000 33. Legendre, P., Fortin, M.J., Spatial pattern and ecological analysis, Vegetatio 80, 1989 34. Levin, S.A., The problem of pattern and scale in ecology, Ecology 73, 1992 35. Machedon, I, Funcţiile de protecţie ale pădurii. Evaluare economică, Bucureşti, Editura Ceres, 1997 36. Mărgineanu, D.G., Termodinamica sistemelor ecologice, în voluml Probleme moderne de ecologie (editor B.Stugren), Bucureşti, Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, 82-98, 1982 37. Mărgineanu, D.G., Energetica lumii vii, Bucureşti, Editura Speranţa, 1992 38. May, R.M., Qualitative Stability in Model Ecosystems; Ecology, 54, 1973 39. Milescu, I., Pădurile şi omenirea, Bucureşti, Editura Ceres, 1990 40. Mohan, G., Ardealea, A., Ecologie şi protecţia mediului, Bucureşti, Editura Scaiul, 1993 41. Neacşu, P., Ecologie generală, Bucureşti, Universitatea Bucureşti, 1984 42. Neguţ, S., Un singur Pământ. Omul şi mediul înconjurător, Bucureşti, Editura Albatros, 1978

258

Bibliografie selectivă

43. Odum, E.P., Ecology and Our Endangered Life-Support Systems, Sinauer Associates Inc. Publishers Sunderland, Massachusetts, 1997 44. O'Neill, R.V., Krummel, J.R., Gardner, R.H., Sugihara, G., Jackson, B., DeAngelis, D.L., Milne, B.T., Turner, M.G., Zygmunt, B., Christensen, S.W., Dale, V.H., Graham, R.L., Indices of landscape patter, Landscape Ecology 1, 1988 45. Opdam, P., Metapopulation theory and habitat fragmentation: a review of holarctic breeding bird studies, Landscape Ecology, 5, 2, 1991 46. Pârvu, C., Ecologie generală, Bucureşti, Editura Tehnică, 2001 47. Pianka, E., Evolutionary Ecology, New York – San Francisco – London, Harper&Row, 1979 48. Pickett, S.T.A., White, P.S., The Ecology of Natural Disturbance and Patch Dynamics, Academic Press, 1985 49. Pielou, E.C., The interpretation of ecological data. New York, Wiley, 1984 50. Prigogine, I., Introduction to the Termodynamics of Irreversible Processes, Thomas Springfield, III, 1955 51. Primack, R.B., Essentials of conservation biology, Sinauer, Sunderland, Massachusetts, 1993 52. Pulliam, H.R., Sources, sinks, and population regulation, American Nature, 132, 1988 53. Renane, A., Die Bedeuttarg der Lebensformingen fur die Ekologie, Biologie generală, 17, 1943 54. Risser, P.G., J.R. Karr, and R.T.T. Forman, Landscape ecology: directions and approaches, Special Publ., 2, Ill, Natural Hist. Surv., Champaign, 1984 55. Rojanschi, V., Bran, Florina, Strategii şi politici de mediu, Bucureşti, Editura Economică, 2002 56. Rojanschi, V., Bran, Florina, Diaconu, Gheorghiţa, Protecţia şi ingineria mediului, Bucureşti, Editura Economică, 2002 57. Rojanschi, V., Bran, Florina, Diaconu, Simona, Florian, G., Evaluarea impactului ecologic şi auditul de mediu, Bucureşti, Editura ASE, 2004 58. Roşu, A., Peisaj-geosistem-mediu, Sinteze geografice, Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică, 1983 59. Roşu, A., Terra, geosistemul vieţii, Bucureşti, Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, 1987 60. Roşu, A., Ungureanu, Irina, Geografia mediului înconjurător, Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică, 1977 61. Rubenstein, J.M., The Cultural Landscape. An Introduction to Human Geography, Macmillan Publishing Company, 1992 62. Russell, E.W.B., People and the land through time: linking ecology and history, New Haven, Yale Univ. Press, 1997 63. Sadik, N., Population growth and thee food crisis, Food, Nutrtion and Agriculture, 1, Food for the Future, 1991

259

Ecologie generală

64. Sagan, C., Creierul lui Broca, Bucureşti, Editura Politică, 1989 65. Şchiopu, D., Eseu privind aplicarea principiilor ştiinţifice, Bucureşti, Analele IANB, seriaA, XXV, 1982 66. Setrov, M.I., Principiul sistemicităţii şi noţiunile sale fundamentale, în volumul Metoda cercetării sistemice, Bucureşti, Editura Ştiinţifică, 1974 67. Soran, V, Borcea, M., Omul şi biosfera, Bucureşti, Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, 1985 68. Sousa, W.P., Disturbance in Marine Intertidal Boulder Fields. The Nonecquilibrium of Species Diversity, Ecology, 60, 1979 69. Stugren, B., Bazele ecologiei generale, Bucureşti, Editura Ştiinţifică şi Enciclopedică, 1982 70. Stugren, B., Ecologie teoretică, Cluj-Napoca, Casa de editură „Sarmis”, 1994 71. Thienemann, A., Lebel und Umwelt, Hamburg, Rowohlt, 1956 72. Tudorancea, C., Comparison of the Population of Unio tumidus, 1969 73. Tufescu, V., Tufescu, M., Ecologia l activitatea umană, Bucureşti, Editura Albatros, 1981 74. Turcek, F.J., On Some Functional Aspects of Biological Production, Ekol. Pol., 15, 1969 75. Uemov, A.I., Sistemele şi cercetările sistemice, în volumul Metoda cercetării sistemice, Bucureşti, Editura Ştiinţifică, 1974 76. Urban, D.L., R.V. O'Neill, and H.H. Shugart, Landscape ecology, BioScience, 37, 1987 77. Uvarov, B.P., Locusts and Grasshoppers, London, Bur. Entom., 1982 78. Velcea, V., Etajarea proceselor geografice actuale, metodologia studierii, Sinteze geografice Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică, 1983 79. Vincent, W.F., Production Strategies in Antarctica ISlands Waters, Phytoplankton Eco-phisyology in a Permanently Ice-covered Lake, Ecology, 62, 1981 80. Wiens, J.A., The Ecology of Bird Communities: Volume 1, Foundations and Patterns (Cambridge Studies in Ecology), Cambridge University Press, 1989 81. http://landscape.forest.wisc.edu/landscapeecology/v01i02.htm 82. http://www.env.duke.edu/lel/env214/le_syl.html 83. http://nature.org/tncscience/docs/ 84. http://unep.org.html 85. http://iucn.org.html

260