Ecologie și Protecția Mediului - Curs PDF

U NIVERSITATEA DIN CRAIOVA Facultatea de Agronomie Şef lucr. dr. MARIN OSICEANU CURS ECOLOGIE ŞI PROTECŢIA MEDIULUI (pentru studenţii Facultăţii de Agronomie) Uz intern CRAIOVA 20...

U NIVERSITATEA DIN CRAIOVA Facultatea de Agronomie Şef lucr. dr. MARIN OSICEANU CURS ECOLOGIE ŞI PROTECŢIA MEDIULUI (pentru studenţii Facultăţii de Agronomie) Uz intern CRAIOVA 2017 1  CUPRINS CAPITOLUL I NOŢIUNI DE ECOLOGIE GENERALĂ……..... 9 I.1 Definiţie, istoric, importanţă………………………………..9 I.2 Formarea şi dezvoltarea conştiinţei ecologice …………….12 I.3 Dezvoltarea ecologiei în ţara noastră ……………………...13 CAPITOLUL II SISTEME BIOLOGICE………………………......16 II.1 Noţiuni generale…………………………………………....16 II.2 Însuşiri generale ale sistemelor biologice ………………....17 II.2.1 Caracterul istoric ………………………………...17 II.2.2 Caracterul informaţional ………………………...17 II.2.3 Integralitatea ………………………………….....18 II.2.4 Echilibrul dinamic ……………………………....18 II.2.5 Autoreglarea …………………………………….18 II.2.6 Programul sistemelor biologice ………………....19 II.2.7 Heterogenitatea ………………………………….19 II.3 Nivele de organizare a materiei vii ………………………..20 CAPITOLUL III ECOSISTEMUL ………………………………...23 III.1 Semnificaţii ale conceptului de ecosistem ……………….23 III.2 Compoziţia ecosistemului ………………………………..23 III.3 Biotopul ………………………………………………….25 III.3.1 Factorii abiotici şi rolul lor în ecosisteme ……...25 III.3.1.1 Factorii geografici ……………………26 a. Poziţia geografică pe glob ……………..26 b. Altitudinea ……………………………..27 c. Expoziţia geografică …………………...28 III.3.1.2 Factorii fizici …………………………28 a. Lumina ………………………………...28 2  b. Temperatura …………………………...33 c. Apa şi umiditatea ……………………...38 III.3.1.3 Factorii mecanici ……………………..44 a. Vântul ………………………………….44 b. Mişcările apei ………………………….45 III.3.1.4 Factorii chimici ……………………….46 a. Oxigenul ……………………………….48 b. Dioxidul de carbon …………………….48 III.3.2 Zonele şi etajele de vegetaţie din România …….49 III.3.2.1 Zona stepei …………………………....49 III.3.2.2 Zona de silvostepă ……………………50 III.3.2.3 Zona pădurilor de stejar (nemorală) …..50 Etajul gorunului ………………………..51 a. Etajul fagului …………………………..51 b. Etajul molidului ………………………..52 c. Etajul ienupărului şi jnepănului (jepilor) – alpin d. inferior, subalpin ……………………….53 e. Etajul pajiştilor alpine ………………….55 III.4 Biocenoza ………………………………………………....55 III.4.1 Structura biocenozei ………………………….....57 III.4.2 Indicii structurali ai biocenozei ………………....57 III.4.3 Factorii biotici şi rolul lor în ecosistem ………....60 III.4.3.1 Coacţii heterotipice …………………....61 a. Independenţa sau neutralismul ……...62 b. Competiţia interpecifică …………….62 c. Mutualismul ………………………...62 d. Comensalismul ……………………...63 e. Amensalismul ……………………….63 f. Parazitismul …………………………63 g. Predatorismul ………………………..64 III.4.3.2 Dinamica ecosistemelor. Schimbările ciclice şi schimbările liniare ale ecosistemelor …64 a. Schimbările ciclice ………………….64 b. Schimbările şi modificările ritmice …65 III.4.3.3 Stările fundamentale ale ecosistemelor...67 III.4.4 Structura ecosistemelor …………………………..69 III.4.4.1 Structura spaţială a elementelor componente 3  ale ecosistemelor ……………………...69 III.4.4.2 Structura trofică a ecosistemelor ………70 III.4.4.3 Structura biochimică a ecosistemelor.....76 III.4.4.4 Nişa ecologică ………………………….78 III.4.5 Fluxurile din ecosisteme ………………………….78 III.4.5.1 Fluxul de energie………………………. 79 III.4.5.2 Fluxul de substanţă. Ciclurile biogeochimice. 80 III. 4.5.3 Fluxul informaţional …………………...82 III.4.6 Homeostazia ecologică – menţinerea stabilităţii ecosistemului …………………………………….84 III.4.7 Tipuri de ecosisteme ……………………….……..86 CAPITOLUL IV AGROECOLOGIA ……………………..………....93 IV.1. Agroecosisteme …………………………………………....93 IV.1.1 Definiţia agroecosistemului ……………………....93. IV.1.2 Clasificarea agroecosistemelor ………….…..........95 IV.1.3 Stabilitatea în agrosisteme ………………………..97 IV.2 Lanţurile trofice în producţia de alimente ………………….98 IV.2.1 Lanţul trofic vegetarian ………………...….……..100 IV.2.2 Lanţul trofic carnivor extensiv …………………...100 IV.2.3. Lanţul trofic carnivor intensiv ………...………...101 IV.2.4 Lanţul trofic mixt ……………...………………...101 IV.3 Resursele naturale ale biosferei. Resursele minerale, organice şi alimentare …………………………………... ……………101 IV.3.1. Resursele minerale ………………………………...102 IV.3.2 Resursele organice ………………………………....103 IV.3.3 Resursele almentare ale omenirii …………………..106 IV.4 Practici tehnologice pentru diminuarea intrărilor energetice.110 IV.4.1 Ecologie şi economie ………………………………112 IV.4.2 Durabilitatea agoecosistemelor …………………… 114 4  IV.5 Necesităţile alimentare ale omului …………………………114 IV.6 Diviziunile de bază ale sectorului alimentar primar …..........116 CAPITOLUL V POLUAREA MEDIULUI ŞI A APELOR ………...120 V.1 Poluarea – actuala problemă a omenirii ……………………...120 V.2 Poluarea aerului ………………………………………………121 V.2.1 Poluarea naturală a aerului …………………………122 V.2.2 Poluarea artificială a aerului ………………………..123 V.3 Ploile acide …………………………………………………...124 V.4 Poluarea solului ………………………………………………126 V.5 Poluarea apei …………………………………………………127 V.5.1 Poluarea fizică a apei ……………………………….127 V.5.1.1 Poluarea radioactivă ……………………..127 V.5.1.2 Poluarea termică ………………………….128 V.5.2 Poluarea chimică a apei …………………………….128 V.5.3 Poluarea biologică a apei …………………………...129 V.6 Ciclurile elementelor chimice, ale apei şi ale substanţelor minerale …………129 V.6.1 Ciclul carbonului …………………………………....129 V.6.1.1 Carbonul în biosferă ………………………133 V.6.2 Ciclul azotului ………………………………………134 V.6.3 Ciclul fosforului……………………………………..138 V.6.3.1 Mineralizarea şi imobilizarea fosforulu …..137 V.6.3.2 Chimia fosforului …………………………138 V.6.4 Ciclul oxigenului ……………………………………142 V.6.5 Ciclul apei …………………………………………..143 V.6.6 Ciclurile substanţelor minerale ……………………..144 V.7 Durabilitatea mediului ………………………………………..144 V.8 Căile de deteriorare a ecosistemelor ………………………….145 5  CAP. I NOŢIUNI DE ECOLOGIE GENERALĂ I.1 Definiţie, istoric, importanţă Cuvântul ecologie a fost introdus prima dată de marele biolog german ERNEST HAECKEL în anul 1866, care plecând de la grecescul oikos – casă, gospodărie şi logos – vorbire, defineşte o nouă ştiinţă, drept „studiul tuturor relaţiilor dintre animale şi mediul lor organic şi anorganic”. Ulterior, s-au formulat mai multe definiţii, care pot fi grupate în două categorii: prima categorie pune accentul pe organismele individuale, iar a doua categorie pe sistemele biologice supraindividuale. Precursori ai ecologiei din antichitate sunt consideraţi Aristotel şi Teofrast. Din definiţia lui Haeckel rezultă că ecologia construieşte o imagine unitară a naturii vii din diversele aspecte ale luptei pentru existenţă prin integrarea rezultatelor unor discipline speciale. Ideea ecologică derivă din gândirea fundamentală a lui Darwin (anul 1859), despre dependenţa reciprocă a organismelor vii prin interacţiunile între mărimile lor numerice. Dar înainte de Darwin şi Haeckel, a demonstrat necesitatea întemeierii unei noi discipline botanice, având ca subiect de cercetare relaţiile reciproce între plante şi mediu Auguste Pyrame de Candolle în anul 1833. Contemporanul său, chimistul von Liebig a descoperit în 1840 circulaţia atomilor elementelor chimice în sistemul plantă ↔ sol, bazându-se pe experienţa agriculturii europene. Noţiunea de circulaţie a materiei include câteva procese naturale şi anume: nutriţia minerală a plantelor, circulaţia materiei prin verigi animale care sunt consumatori ai plantelor şi restituirea atomilor în sol prin fermentare şi putrefacţie. Dar circulaţia materiei a fost experimentată încă din 1792 de către Lavoisier, iar descompunerea materiei organice moarte a fost descrisă exact abia în 1861 de către Pasteur; de aceea cei doi oameni de ştiinţă pot fi consideraţi ca întemeietori ai ecologiei „avant la lettre”. 6  În 1877 K. Möbius introduce noţiunea de biocenoză, apoi Schröter pe cele de autecologie (1896) şi sinecologie (1902). Botanistul danez E. Warming a reintrodus termenul de ecologie în 1896, termen care aproape fusese uitat. Clemens (1905) şi Dahl (1908), studiind condiţiile de viaţă în care trăiesc organismele, introduc noţiunea de habitat. După ce E. Warming propune conceptul de comunitate şi în lumea plantelor (1909), Clemens introduce o nouă noţiune ecologică, climaxul, descifrând în parte mecanismele succesiunii ecosistemelor din stadiul de pionierat până la stadiul de maturitate ecologică. În 1927 Ch. Elton pune bazele ecologiei trofice, concepţie valabilă şi azi. Prin lucrarea „Ecologie animală” el demonstrează faptul că biocenozele sau comunităţile de organisme se structurează decisiv pe baza relaţiilor de hrană dintre organismele existente, descriind în termeni cantitativi piramida trofică (trophos = hrană). R. Chapman formulează în 1928 conceptul de rezistenţă a mediului, în 1935 A.G. Tansley introduce conceptul de ecosistem, iar în 1940 Ch. Juday fundamentează conceptul de structurare energetică a ecosistemului. Ricklefs (1976) – ecologia este ştiinţa care se ocupă cu studiul plantelor şi animalelor în interacţiunea acestora cu mediul înconjurător, cu factorii fizici, chimici şi biologici ai acestuia. Piauka (1978) – ecologia este ştiinţa care cercetează raporturile dintre organisme şi toţi factorii fizici şi biologici din mediu, factori care acţionează sinergic asupra unui organism dat ori acesta din urmă se află în permanenţă sub acţiunea lor. Fodorov şi Ghilmanov (1980) – ecologia studiază preocupările mulţimii de organisme (populaţii şi comunităţi) ce interacţionează unele cu altele, alcătuind împreună cu mediul lor de trai o entitate sau sistem în interiorul căruia se realizează procesele de transformare a energiei şi substanţei organice. Fondatorul teoriei generale a sistemelor, L. von Bertalanffy, a definit biosistemul ca un complex de elemente sau subsisteme care se găsesc într-o 7 interacţiune mai strânsă între ele decât cu elementeleaflate în afara sistemului. Sukacev propune în 1942 noţiunea de biogeocenoză, termen asimilat în mică măsură de specialişti. În acelaşi an (1942) Lindeman publică „Aspectul trofodinamic al ecologiei”. Bazându-se pe concepţia lui Hutchinson cu privire la nivelele trofice, pe metodele de calcul ale lui Juday, utilizând şi rezultatele altor autori, Lindeman studiază fluxul de energie din lacul Cedar-Bog din S.U.A. şi raporturile energetice dintre nivelele trofice. Rezultatele obţinute reprezintă şi azi un model al cercetărilor consacrate energeticii ecosistemelor. După 1964, prin Programul Biologic Internaţional, iniţiat de UNESCO, se unifică metodele de cercetare, se valorifică rezultatele anterioare şi se inventariază diferitele procese ecologice la scară globală. Prin acest program (I.B.P.) s-au publicat peste 30 manuale care oferă specialiştilor metode unitare de cercetare pentru determinarea producţiei şi schimburilor energetice la nivelul tuturor verigilor lanţului trofic din ecosistemele terestre şi acvatice. S-au utilizat metode moderne de calcul statistic iar datele au început să fie prelucrate pe calculator. Cu ajutorul computerelor se realizează programarea cercetărilor ecologice şi prognoza evoluţiei ecosistemelor sub acţiunea unor factori cuantificabili cunoscuţi. Ecologia devine temelia teoretică pentru intervenţia raţională a omului în funcţionarea biosferei demonstrând faptul că omul rămâne, din punct de vedere biologic, un component al acesteia şi nu un stăpân al ei. Ecologia este un corp de principii pe baza cărora au fost elaborate numeroase discipline aplicative ca: agroecologia, ecologia forestieră, protecţia mediului, ocrotirea monumentelor naturii etc. Problemele ecologice se interferează atât cu disiplinele biologice de bază ca: morfologia, anatomia, embriologia, fiziologia, biochimia, genetica, etologia, nutriţia etc., dar şi cu ştiinţe extrabiologice ca: matematica, pedologia, meteorologia, geografia, fizica etc., deci ea nu mai este o disciplină biologică, ci o ştiinţă interdisciplinară. Datorită obiectivelor sale legate de cunoaşterea şi prognoza evoluţiei Pământului ca un sistem cu dimensiuni şi resurse materiale limitate, ecologia a devenit o 8 ştiinţă a supravieţuirii oferind informaţiile, metodele şi căile prin care omul ar putea să salveze biosfera de la o catastrofă, astfel că aceasta are tot mai pregnant un rol educativ, informaţional şi decizional. I.2 Formarea şi dezvoltarea conştiinţei ecologice De la conturare până în prezent, noua ştiinţă, Ecologia, a parcurs trei etape: etapa autecologică, etapa sinecologică şi etapa sistemică. Etapa autologică (1866-1940), a pus accentul pe studiul fiecărei specii în parte, în relaţie cu mediul ei, neluând în considerare interrelaţiile cu alte specii. Observarea şi cercetarea relaţiilor indivizilor cu mediul abiotic şi biotic au dus la descoperiri importante, cristalizate sub formă de legi: legea minimului (Liebig, 1840); legea toleranţei (Shelford, 1913); legea efectului combinat al factorilor de mediu (Mitscherlich, 1921). Etapa sinecologică (1940-1970) se ocupă de relaţiile ecologice la nivelul biocenozei şi ecosistemului. În această etapă un rol hotărâtor îi revine populaţiei, care există atâta timp cât condiţiile de mediu îi permit. Apare demecologia sau ecologia populaţiilor care are ca obiective prioritare studiul relaţiilor interspecifice, dinamica populaţiilor şi mecanismele de reglare a efectivelor. Etapa sistemică (1970 – prezent) este o etapă ce s-a conturat pe baza teoriei generale a sistemelor (Bertalanffy, 1969). Natura (bioticul şi abioticul) este formată din sisteme, unităţi biologice care au însuşiri noi, proprii, rezultate din structura şi interacţiunea părţilor componente. Această nouă concepţie sistemică se bazează pe contribuţiile unor mari ecologi: Birge (1915), Thienemann (1926), Tansley (1935), Hutchinson (1957), Margalef (1958), Odum (1971, 1983), Whittaker (1975), Fiodorov (1977), Botnariuc, Vădineanu (1982), Dediu (1989,1992). H. T. Odum a fost primul ecolog care a pus accentul pe calitatea de sistem şi pe aspectul energetic al proceselor ecologice (Stugren, 1982). 9  I.3 Dezvoltarea ecologiei în ţara noastră Preocupările privind ecologia în România sunt încă de la începutul secolului al XX-lea. Grigore Antipa (1867-1944), fost elev şi asistent a lui E. Haeckel la Universitatea din Jena, facilitează pătrunderea principiilor ecologice în ţara noastră. A studiat Lunca şi Delta Dunării şi sectorul nord-vestic al Mării Negre sub aspect ecologic, identificând principalii factori care pot influenţa producţia de peşte. Pe baza studiilor sale, la vremea respectivă s-au stabilit măsurile concrete de exploatare raţională a Deltei Dunării. Tot Grigore Antipa organizează pe principii ecologice Muzeul de Istorie Naturală din Bucureşti, muzeu care-i poartă numele. Inaugurarea oficială a Muzeului „Grigore Antipa” în actualul sediu a avut loc în prezenţa Regelui Carol I , Prinţului Ferdinand şi Prinţesei Maria, pe 24 mai 1908. La 100 ani de la inaugurare, din 2008, timp de 3 ani a fost renovat şi modernizat astfel că în septembrie 2011 a fost redeschis publicului larg. Totodată, Gr. Antipa întemeiază Institutul de Biogeografie din Constanţa şi Staţiunea de hidrobiologie din Tulcea (1924) Ion Borcea, în aceeaşi perioadă cu Antipa, studiază litoralul românesc al Mării Negre, urmat apoi de M.Băcescu. N. Botnariuc studiază ecologia unor lacuri şi bălţi din lunca inundabilă a Dunării inferioare. Unele abordări ecologige pot fi găsite în lucrările biologului D. Voinov (1867-1951) şi medicului veterinar I.I. Atanasiu (1868-1926), botanistului M. Brândză (1868-1934) precum şi medicului D.I. Călugăru (1868-1937) etc. Emil Racoviţă scrie o pagină aparte în istoria ştiinţei biologice mondiale, ca şi Gr. Antipa. Cea mai mare contribuţie a lui E. Racoviţă la dezvoltarea biologiei mondiale a însemnat fondarea unei noi ştiinţe, biospeologia. În scopul consolidării acestei ştiinţe, E. Racoviţă a înfiinţat (1920) la Cluj primul Institut de Speologie din lume. 10  Toată opera ştiinţifică a lui E. Racoviţă şi activităţile sale publice, organizatorice, culturale poartă un evident caracter ecologic şi evoluţionist. Activitatea lui E. Racoviţă este continuată de T. Orghidan, Ş. Negrea, C. Lascu, C. Motaş. C. Motaş a fost şi un promotor înflăcărat al mişcării pentru ocrotirea naturii. Alt militant al ideilor ocrotirii naturii a fost geologul şi paleontologul I. Simionescu. Unul dintre fondatorii algologiei şi micologiei ecologice a fost botanistul şi geologul I. Grinţescu. Iuliu Prodan (1873-1959), ilustru botanist, a publicat prima monografie de ecologie vegetală din România. Un mare ecolog român de talie europeană a fost Andrei Popovici- Bâznoşeanu (1876-1969) care introduce în ecologie noţiunea de bioskenă, recunoscută pe larg în literatura ecologică mondială. Al treilea (după Gr. Antipa şi N. Leon) discipol român a lui E. Haeckel a fost zoologul C. N. Ionescu (1879- 1935) care, reîntorcându-se în ţară, devine primul cercetător al peştilor din România. Ilustrul biolog Ion Borcea (1879- 1936) punele bazele şcolii româneşti de oceanologie şi Staţiunii Zoologice Marine „Ferdinard I” de la Agigea. Naturalişti români care au avut o contribuţie remarcabilă în dezvoltarea ecologiei prin diversificarea cercetărilor sunt: Ion Ciure (1878-1944) – parazitolog; D. Linţia (1880-1952) – ornitolog; E.I. Niardy (1881-1996) – botanist; K.M. Knechtel (1884-1967) – entomolog, fondatorul şcolii româneşti de entomologie agricolă; M. Guşuleac (1887-1960) – geobotanist; M.D. Dracea (1885-1958) – silvicultor; A. Borza (1887-1971) – ilustru botanist, fondatorul Grădinii Botanice, Muzeului Botanic si al Institutului Botanic, toate la Cluj; T. Săvulescu (1889-1963) – botanist, micolog, fitopatolog care a pus bazele virologiei, bacteriologiei, fitofarmaciei şi biochimiei, legate de raportul parazit- plantă; Emil Pop (1897-1974) – fitocenolog şi paleobotanist de reputaţie internaţională, a elucidat originea relictelor glaciare din Europa şi caracterul 11 ecologic al succesiunii vegetaţiei silvestre din Carpaţi în post-glaciar şi succesiunea vegetaţiei silvestre în varianta vest-europeană; T. Ştefureac (1908- 1987) – botanist care pune bazele studiului biocenotic al briofitelor din România; Al. Beldie, I.Milescu, G.E. Negulescu, V. Stănescu, I. Florescu, D. Târziu, N. Doniţă, Şt. Purcelan, I. Ceianu, M.Ianculescu – silvicultori care au impus o schimbare radicală de concepţie asupra pădurii ca ecosistem şi a funcţiilor ei. Pe tot parcursul dezvoltării ecologiei în România au fost abordate concomitent şi problemele ocrotirii monumentelor naturii, combaterea poluării mediului înconjurător, conservarea diversităţii biologice, utilizarea raţională a resurselor piscicole, forestiere, turistice, ecourbanistice, bioeconomia etc. Astăzi, în România, funcţionează patru centre ştiinţifice în domeniul ecologiei şi protecţiei mediului: la Bucureşti, Cluj, Iaşi şi Constanţa, iar rezultatele cercetărilor sunt cunoscute şi apreciate pe plan mondial. Cercetări ecologice foarte interesante se efectuează în ultimul timp şi la Craiova, Galaţi, Arad şi Oradea. Promovarea politicilor naţionale de mediu, construirea unui cadru legislativ modern, elaborarea standardelor şi normativelor de mediu armonizate cu cele europene. 12  CAP. II SISTEME BIOLOGICE II.1 Noţiuni generale Întreaga natură, vie sau lipsită de viaţă, este reprezentată prin corpuri materiale, de la subdiviziunile atomului până la structurile cosmice. Fiecare corp este un ansamblu de elemente de acelaşi fel sau diferite, între care există conexiuni datorită cărora corpul se menţine o perioadă de timp într-o stare relativ stabilă astfel încât se manifestă ca un întreg faţă de corpurile înconjurătoare. Fiecare corp, în această concepţie, reprezintă un sistem. Bertalanffy (1960) defineşte sistemul ca un complex de elemente care se află într-o permanentă interacţiune între ele. Interacţiunea este definită ca o formă de legătură a obiectelor, manifestată printr-o influenţare reciprocă, ca mecanism fundamental al Universului. Structura şi conexiunile unui sistem, adică organizarea lui, funcţiile şi funcţionarea părţilor lui, determină delimitarea sistemului în spaţiu şi timp precum şi comportarea lui ca întreg. Se deosebesc trei categorii de sisteme, din punct de vedere al relaţiilor cu mediul: izolate, închise, deschise. Sistemele izolate nu au schimburi de materii şi energie cu mediul înconjurător. În natură nu există astfel de sisteme, ele sunt doar teoretice, sunt folosite pentru evaluarea stărilor sistemelor reale în matematică. Sistemele închise sunt acele sisteme care întreţin în mod preponderent doar schimburi energetice cu mediul înconjurător. În lumea vie nu se găsesc sisteme absolut închise, dar în natură putem întâlni unele sisteme anorganice în parte izolate, cum ar fi planetele. Sistemele deschise întreţin cu mediul înconjurător, atât schimburi energetice, cât şi materiale. Majoritatea sistemele din natură, atât cele abiotice cât şi cele biologice sunt sisteme deschise. 13  II.2 Însuşirile generale ale sistemelor biologice Sistemele biologice au însuşiri fundamentale care le deosebesc de cele nebiologice: caracterul istoric, caracterul informaţional, integralitatea, echilibrul dinamic, programul, autoreglarea şi heterogenitatea. II.2.1 Caracterul istoric Sistemele biologice moştenesc de la sistemele precedente caracteristici structurale şi funcţionale care s-au elaborat în timp, au deci o istorie. Caracterul istoric exprimă ideea de evoluţie. Pentru a explica structura şi modul de funcţionare a unui organism, este necesar să studiem originea şi evoluţia lui, originea şi evoluţia speciei din care face parte. II.2.2 Caracterul informaţional Sistemele biologice sunt sisteme informaţionale deoarece au capacitatea de a recepţiona, prelucra, acumula informaţii primite din mediu şi, la rîndul lor să transmită informaţii către alte sisteme pe mai multe căi: căi fizice (culori sau sunete), căi chimice (mirosuri sau substanţe chimice), căi fiziologice (gesturi sau comportament). Modul de transmitere a informaţiei este propriu fiecărui nivel de organizare a materiei vii. Cantitatea informaţiei depinde de nivelul de organizare al sistemului. De la nivelele inferioare spre cele superioare, cantitatea de informaţie creşte continuu. Cantitatea de informaţii, care se transmite în decursul evoluţiei sistemelor biologice, nu trebuie să fie maximă ci optimă, pentru a se asigura persistenţa sistemului. Activitatea informaţională a sistemelor biologice asigură integrarea lor în mediu, precum şi transformarea mediului. Fidelitatea informaţiei recepţionate şi transmise trebuie să fie optimă. Asigurarea fidelităţii informaţiei este repeterea ei, fenomen cunoscut drept redutanţă. În acest sens, fiecare tip de cromozom, de exemplu, este în dublu exemplar, în fiecare celulă se repetă toată garnitura cromozomială, în fiecare 14 individ se repetă în linii mari structura genotipului, în fiecare populaţie se repetă, mai mult sau mai puţin fidel, patrimoniul genetic al speciei. În natură este imposibil să se realizeze o fidelitate absolută în transmiterea şi recepţionarea informaţiei. Prin apariţia unor erori în copierea şi transmiterea informaţiei genetice se produc mutaţiile care reprezintă o cale de realizare a plasticităţii speciilor şi o sursă a evoluţiei prin selecţia erorilor „pozitive” în raport cu mediul. II.2.3. Integralitatea Este o caracteristică a sistemelor biologice foarte importantă pentru ecologie. Integralitatea se poate defini ca totalitatea însuşirilor calitativ deosebite ale sistemului, rezultate din interacţiunea subsistemelor. Trăsăturile sistemelor biologice nu rezultă din însumarea însuşirilor părţilor componente, ci ca rezultat al conexiunilor dintre acestea. O populaţie are însuşiri noi şi diferite faţă de organismele din care este alcătuită: o anumită structură pe vârste, pe sexe, o longevitate nedefinită, o densitate, o anumită structură genetică, o dinamică caracteristică. O biocenoză va avea trăsături noi faţă de populaţiile speciilor din care este alcătuită. Însuşirile noi ale unui sistem biologic sunt determinate de conexiunile care se stabilesc între părţile componente. II.2.4. Echilibrul dinamic Este o caracteristică a sistemelor biologice dată de capacitatea de a întreţine un schimb permanent de substanţă şi energie cu sistemele înconjurătoare, păstrându-şi trăsăturile specifice. La sistemele abiotice, acest schimb permanent cu mediul duce treptat la dezagregare, la dezorganizare, în timp ce sistemele biologice tind să conserve o stare staţionară care nu se poate menţine decât în baza unor modificări, neîntrerupte, stabilite prin evoluţia istorică, dar sunt capabile să se adapteze treptat unor noi condiţii, de aceea a fost denumită şi starea de echilibru dinamic a sistemelor biologice. II.2.5. Autoreglarea Este comună tuturor sistemelor biologice şi este dată de proprietate oricărui sistem biologic de a-şi controla şi corecta activitatea proprie. Această 15 capacitate se realizează prin intermediul conexiunilor directe şi inverse. Conexiunea directă reprezintă transmiterea informaţiilor de la receptori la dispozitivul de comandă şi apoi la efectorii care elaborează comanda. Conexiunea inversă sau feed-back reprezintă răspunsul elaborat de efector care este comunicat, pe o cale inversă, din nou receptorului, comandând recepţionarea acestuia. Conexiunea inversă, la rândul său, poate fi de două tipuri: negativă şi pozitivă. Conexiunea inversă negativă împiedică depăşirea valorii răspunsului sistemului şi tinde să-i stabilizeze valoarea. Conexiunea inversă pozitivă este conexiunea prin care semnalele de la efector la receptor duc la stimulare, intensificare a efectului, ceea ce are ca rezultat final distrugerea sistemului. În natură, majoritatea sistemelor funcţionează cu feed-back negativ, sunt sisteme biologice cu control multiplu, fiecare parametru fiind reglat prin mai multe căi. II.2.6. Programul sistemelor biologice Însuşirile sistemelor biologice se pot modifica între anumite limite, permiţând sistemului realizarea unor stări diferite, deci aceste însuşiri nu sunt rigide. Pentru oricare stare există un program propriu, iar pentru fiecare sistem există ierarhie de programe grupate astfel: -programe pentru sine, care au drept scop autoconservarea sistemului; -programe inferioare, care asigură existenţa şi funcţionarea subsistemelor sistemului; -programe superioare, care asigură existenţa şi funcţionarea sistemului superior. II.2.7. Heterogenitatea Reprezintă diversitatea structurală şi funcţională internă a sistemului. Oricare sistem biologic este alcătuit din elemente diferite (heterogene), nu este un sistem omogen, indiferent de nivel. Prin trecerea de la un sistem inferior la unul superior, heterogenitatea creşte continuu în timp, evoluează, se dezvoltă, procese care duc la creşterea complexităţii şi a heterogenităţii interne a 16 sistemelor. II.3 Nivelele de organizare a materiei vii Atât sistemele abiotice, cât şi cele biologice, creează o structură ierarhică foarte precisă prin subordonarea unora faţă de altele. Fiecare sistem cuprinde un număr de sisteme şi este la rândul său integrat într-un sistem superior. Stabilirea nivelelor de organizare a materiei vii este foarte importantă, deoarece fiecare nivel de organizare reprezintă o formă deosebită a mişcării biologice. Un nivel de organizare a materiei vii îl reprezintă universalitatea sistemelor care îl compun şi poate fi definit ca un ansamblu de sisteme biologice echivalente, unite prin trăsătura comună a universalităţii. Ierarhia materiei vii se face după două criterii: după nivelul de integrare şi după nivelul de organizare. Nivelul de integrare exprimă totalitatea sistemelor ierarhizate incluse în alcătuirea unui sistem biologic dat. Astfel, un organism pluricelular are integrat în el o ierarhie întreagă de sisteme: ioni → atomi → molecule → macromolecule → organite celulare → celule → ţesuturi → organe → complexe de organe. Nivelele de integrare pot cuprinde atât sisteme nebiologice (ioni, atomi, molecule), cât şi sisteme biologice (celule, ţesuturi). Nivelul de organizare cuprinde numai sisteme exclusiv biologice, diferite calitativ din punctul de vedere al organizării şi al funcţionării biologice. Au fost stabilite şi recunoscute, în momentul de faţă, patru nivele de organizare a materiei vii: - nivelul individual, sau al organismului, are ca unităţi reprezentative indivizi biologici. Individul biologic poate fi definit ca fiind forma elementară şi în acelaşi timp universală de existenţă şi de organizare a materiei vii. Nivelul individual reprezintă termenul inferior al ierarhie. Metabolismul este caracteristica fundamentală a sistemelor individuale ce determină însuşirile de bază ale organismelor vii: reproducerea, ereditatea, variabilitatea, mişcarea, 17 excitabilitatea, dezvoltarea. - nivelul populaţional, sau al speciei, este reprezentat prin sisteme populaţionale sau ale speciilor şi care sunt ataşate de un anumit loc în spaţiu numit biotop, cu care interacţionează, alcătuind un sistem. Caracterul universal al speciei, în sensul că fiecare individ aparţine unei anumite specii, a fost demonstrat de Linné. Niciun individ nu este capabil să supravieţuiască vreme îndelungată în afara populaţiei sale. Populaţia este forma universală de existenţă a speciei. În natură, orice specie este reprezentată prin una sau mai multe populaţii, între care se stabilesc relaţii intrapopulaţionale, pe baza traiului în comun pe aceleaşi resurse şi relaţii interpopulaţional , între populaţiile speciei. Populaţiile se caracterizează prin anumite trăsături proprii: - longevitate nedefinită; - asigură conservarea speciei prin autoreproducere; - cadrul principal de manifestare a evoluţiei biologice; - reprezintă o verigă în lanţul trofic al ecosistemelor. - nivelul biocenotic. Biocenozele sunt sisteme biologice supraindividuale alcătuite din populaţii de specii diferite de plante şi animale care ocupă un anumit biotop şi se adaptează la condiţiile acestuia. Biocenoza şi biotopul ei se intercondiţionează formând un sistem bilogic numit ecosistem. Între organismele vii şi mediu, între biocenoză şi biotop, are loc un schimb permanent de substanţă şi energie. Biocenoza, la rândul său, este formată din fitocenoză (comunitatea plantelor), zoocenoză (comunitatea animalelor), microbiocenoză (comunitatea microorganismelor) şi parazitocenoză (comunitatea endoparaziţilor), considerate independente numai teoretic, dar practic fiind legate. Biocenozele conţin, în principiu trei categorii de populaţii, cu activităţi contradictorii, dar în acelaşi timp unitare în conservarea şi evoluţia lor: producătorii de materie organică primară, consumatorii şi descompunătorii. -nivelul biosferei cuprinde totalitatea biocenozelor, deci ansamblul 18 nivelelor de organizare a materiei vii şi funcţionează ca un sistem biologic la scară planetară. Aceste patru nivele de organizare ecologică reprezintă treptele de complexitate ale materiei vii şi formează obiectul de studiu al ecologiei. 19  CAP. III ECOSISTEMUL III. 1 Semnificaţii ale conceptului de ecosistem Ecosistemul reprezintă unitatea funcţională fundamentală a biosferei, care integrează într-un tot unitar viaţa şi mediul dintr-un anumit spaţiu. Termenul a fost introdus în ecologie de către botanistul englez A. G. Tansley în 1935. Sensul acestui cuvânt derivă din componentele sale: oikos, din greceşte cu înţelesul de casă sau sat şi systema, din latineşte cu sensul de ansamblu de elemente. Ecosistemul este o combinaţie dintre viaţă şi mediu, el cuprinde întreaga substanţă vie dintr-un spaţiu finit – plante, animale, ciuperci, bacterii, virusuri, substanţe organice moarte, precum şi părţi ale scoarţei terestre (rocă, sol, apă, aer). Ecosistemul se caracterizează printr-o organizare specifică, fiind alcătuit din două structuri funcţionale: structura de biotop (mediul neviu sau componenta abiotică) şi structura de biocenoză (mediul viu sau componenta biotică). Nu toate combinaţiile dintre viaţă şi mediu pot fi considerate ecosisteme. După Odum (1971), sunt ecosisteme adevărate numai acele combinaţii viaţă – mediu care se caracterizează printr-o anumită stabilitate şi un circuit intern al substanţei. După Naumov (1971), din punct de vedere cantitativ se poate consideera un ecosistem numai combinaţia mediu – viaţă la care volumul schimburilor interne de substanţă este mai mare decât volumul schimburilor externe. III. 2 Compoziţia ecosistemului Ecosistemul este un sistem complex format din vieţuitoare şi mediul lor de viaţă fizico – chimic. Vieţuitoarele, reprezentate de ansamblu de organisme vegetale şi animale care trăiesc pe un teritoriu determinat, alcătuiesc biocenoza. 20 Condiţiile de mediu incluzând spaţiul în care trăiesc aceste vieţuitoare cu factorii de mediu fizici şi chimici (lumina, temperatura, umiditatea, sărurile minerale etc.), care influenţează viaţa acestora, constitue biotopul. Plantele produc prin fotosinteză hrana care constituie sursa de materie şi energie pentru celelalte specii. La rândul lor, plantele depind de condiţiile de mediu: umiditate, temperatură, lumină, fertilitatea solului etc. Aspectul exterior al unui ecosistem este puternic influenţat de speciile de plante care îl populează. Funcţionarea ecosistemului depinde de relaţiile dintre speciile biocenozei, cât şi de interacţiunea dintre acestea şi factorii de biotop. Pe baza acestor relaţii, ecosistemul poate asigura desfăşurarea a trei funcţii esenţiale: funcţia energetică, funcţia de circulaţie a materiei şi funcţia de autoreglare. Prin urmare, se poate considera ecosistem doar prin combinaţia viaţă – mediu în care, între formele de viaţă şi mediu, au loc permanente schimburi de energie şi materie. Această circulaţie internă, realizată prin intrări şi ieşiri continue de substanţă şi energie, asigură o anumită stabilitate a sistemului. Intrările sunt alcătuite în principal din energia solară, precipitaţii şi substanţe organice şi minerale. Ieşirile sunt reprezentate în principal de: căldură, dioxid de carbon, oxigen şi materiile pe care le antrenează apa. În acest sens se poate spune că: orice unitate care include toate organismele de pe un teritoriu dat, care interacţionează cu mediul şi care are o anumită structură trofică, o diversitate de specii şi un circuit de energie şi substanţe în teritoriul sistemului, reprezintă un ecosistem. Învelişul viu al Pământului, biosfera, este formată dintr-o reţea de ecosisteme care se întrepătrund şi se influenţează unele pe altele. Ecosistemele nu sunt sisteme izolate (închise), ci sunt legate prin intercondiţionări reciproce. Aceste legături fac ca efectele negative apărute într-un ecosistem să se propage în lanţ şi în ecosistemele alăturate. Legăturile ecosistemului cu biosfera ca întreg sunt realizate prin fluxul de materie şi energie care formează cicluri biogeochimce. Aceste cicluri leagă 21 componenta vie (biocenoza) de componenta nevie (biotopul) a unui ecosistem. Uneori delimitarea a două ecosisteme este destul de evidentă, aşa cum se delimitează ecosistemul unui lac faţă de ecosistemul pajiştilor din jur. Alteori, delimitarea a două sau chiar mai multe ecosisteme este foarte greu de făcut, ca urmare a modificării treptate a biotopului şi a interferenţei mai multor ecosisteme vecine. Un astfel de exemplu îl constitue ecosistemele de câmpie. Ecosistemele se pot clasifica în două grupe: ecosistemele naturale şi ecosistemele artificiale sau antropice. Ecosistemele naturale sunt extrem de puţine deoarece ele reprezintă locurile neexplorate de om în care nu este sesizabilă influenţa umană. Acest tip de ecosisteme sunt prezente în pădurile tropicale umede, în abisul oceanelor, în ţinuturile înzăpezite ale Groenlandei şi Antarticei. Ecosistemele artificiale (antropice) sunt acele ecosisteme în care intervenţia omului este resimţită parţial sau total. Ele au fost transformate de oameni prin modificarea biotopului natural pentru a crea condiţii corespunzătoare anumitor soiuri de cultură sau anumitor specii de animale. Atunci când omul ţine sub control toate legăturile dintre componentele vii şi mediul înconjurător (cazul unei ferme zootehnice), intervenţia omului asupra modificării biotopului este totală. III.3 Biotopul Toate organismele îşi duc existenţa într-un mediu concret, care are o anumită structură spaţială fizică şi chimică şi poartă numele de biotop. Biotopul este locul ocupat de o biocenoză, cuprinzând mediul abiotic (solul, apa, aerul, factorii climatici etc.) şi toate elementele necesare apariţiei şi dezvoltării organismelor. III.3.1. Factorii abiotici şi rolul lor în ecosisteme Factorii abiotici sunt reprezentaţi de componenţii nevii ai mediului şi se împart în: factori geologici, geografici, fizici, chimici, mecanici, climatici. 22  - factorii geologici sunt reprezentaţi de substratul geologic al biotopului şi influenţează instalarea diferenţiată a organismelor; - factorii geografici exprimă poziţia geografică a biotopului şi sunt acei factori care delimitează şi poziţionează în spaţiu un teritoriu sau volum de apă, conferindu-i prin aceasta anumite trăsături particulare. Sunt reprezentaţi de formele de relief, altitudine, latitudine, longitudine, expoziţie şi grad de înclinare a pantelor; - factorii fizici sunt reprezentaţi de lumină, temperatură, umiditate, presiunea atmosferică şi influenţează nu numai viaţa şi activitatea organismelor, dar şi repartiţia geografică a acestora; - factorii mecanici sunt vântul şi structura solului dar şi mişcarea apei, curenţii oceanici, valurile, mareele din mediul acvatic etc.; - factorii chimici sunt reprezentaţi de substanţele chimice din mediul terestru şi acvatic şi de compoziţia în gaze a atmosferei, litosferei şi hidrosferei; - factorii cosmici influenţează variaţia diurnă şi sezonieră a luminii şi temperaturii şi sunt reprezentaţi de forma sferică şi mişcările Pământului; - factorii climatici determină marile zone de climă de pe glob, deoarece rezultă din interacţiunea eactorilor fizici cu cei cosmici. În funcţie de latitudine există: climat ecuatorial, climat tropical, climat temperat, climat polar. În fiecare din aceste climate se diferenţiază mezoclima, adică climatul local determinat de configuraţia reliefului dar şi microclima, climatul din imediata apropiere a organismelor. III.3.1.1 Factorii geografici includ acele trăsături ale biotopului care poziţionează şi delimitează în spaţiu un teritoriu sau un volum de apă, conferindu-i, prin aceasta, anumite trăsături particulare. Principalii factori geografici sunt: poziţia pe glob, altitudinea, expoziţia geografică şi morfologia biotopilor. a. Poziţia geografică pe glob se exprimă prin două coordonate principale: latitudinea şi longitudinea. Latitudinea determină schimbarea succesivă a biocenozelor de la 23 Ecuator la cei doi Poli, ca rezultat al influenţării factorilor climatici. La fiecare grad de latitudine de Ecuator către Poli, temperatura scade în medie cu 1-1,50C, astfel încât efectul principal este zoanrea latitudinaşă caracteristică a vegetaţiei. Astfel, de la Ecuator spre Poli există următoarea zonare a vegetaţiei: - zona pădurilor ecuatoriale veşnic umede; - zona pămdurilor subtropicale; - zona savanelor; - zona pădurilor de foioase; - zona pădurilor de conifere; - zona tundrei; - zona deşertului rece (zonele polare lipsite de vegetaţie). În jurul celor două Tropice, ca urmare a circulaţiei specifice a atmosferei, apar două brâuri de zone uscate (pustiuri), prezente în toate continentele. Longitudinea imprimă schimbări în structura biocenozelor, determinate în primul rând de poziţia şi distanţa la care se găseşte regiunea respectivă faţă de ocean, în raport cu umditatea aerului, cantitatea de precipitaţii şi variaţiile termice cauzate de această poziţie. b. Altitudinea este un factor la fel de important ca şi poziţia geografică pe glob. La o aceeaşi latitudine şi la aceeaşi longitudine, altitudinea determină condiţii climatice deosebite, care influenţează compoziţia biocenozei. Înălţimea aduce cu sine o scădere pronunţată a presiuniii parţiale a oxigenului, fenomen extrem de resimţit în lumea vie, în special de mamifere. Acţiunea ei se manifestă, în primul rând, prin variaţiile termice altitudinale: la fiecare 100 m înălţime faţă de nivelul mării, temperatura scade cu 10C. Rarefierea aerului la altitudine afectează, în primul rând, lumina solară, ale cărei radiaţii ultraviolete şi infrarăşii pot fi de patru ori mai mari decât la nivelul mării, dar, desigur, le modifică şi temperatura şi ummditatea relativă. Aceste influenţe sunt suficiente pentru a impune o anume vegetaţie în biocenoză şi odată cu ea, o anumită faună. 24  Sunt cunoscute etajele pădurilor de-a lungul înălţimilor muntoase, cu delimitări clare pentru anumite specii. c. Expoziţia geografică inflenţează asupra fitocenozelor direct, prin modificarea factorilor climatici (temperatura, umiditatea, lumina). Versanţii pot avea o expoziţie sudică, nordică, estică, vestică sau intermediară. Expoziţia versanţilor poate determina unele schimbări în dezvoltarea biocenozelor vegetale. Pe versanţii sudici însoriţi, încălzirea solului este mai mare decât pe un teren orizontal, evaporaţia este mai puternică şi amplitudinile de temperatură mai mici, iar umezeala aerului este mai ridicată. Versanţii vestici sunt mai bine încălziţi faţă de cei estici, în cadrul expunerii est-vest. Pe versanţii estici, o mare parte din căldura solară se consumă dimineaţa pentru evaporarea picăturilor de rouă şi pentru încălzirea solului răcit în timpul nopţii. Expoziţia geografică contează şi în raport cu direcţia vânturilor dominante, versanţii expuşi acestor vânturi pot suferi degradări importante în structura fitocenozelor arboricole în cazul intensificării vânturilor, prin fenomenul de doborâre a speciilor lemnoase. III.3.1.2 Factorii fizici a. Lumina este un factor ecologic de importanţă vitală deoarece intervine în foarte multe fenomene fiziologice constatate la animale şi mai ales la plante (fotosinteza). Ea are rol în determinarea ritmurilor biologice circadiene, lunare, sezoniere şi anuale. Principala sursă de lumină şi de căldură pentru Pământ şi sistemul nostru planetar o reprezintă reacţii termonucleare solare. Viaţa nu ar fi posibilă pe planeta noastră, dacă un flux permanent de energie solară nu ar pătrunde zilnic în biosferă. Acest flux solar condiţionează întreaga cantitate de materie vie. Pe pământ mai există două surse de lumină, una naturală şi cealaltă artificială. Sursa naturală este de origine biologică şi are la bază fenomenul de bioluminiscenţă, declanşat prin reacţii chimice proprii unor organisme animale şi bacterii. Sursa artificială a apărut odată cu procesele tehnice elaborate şi 25 exploatate de civilizaţia industrială. Energia furnizată de Soare se propagă prin radiaţii de unde şi poartă denumirea de energie radiantă (radiaţie solară). În atmosferă, radiaţia solară este supusă fenomenelor fizice de absorbţie, difuziune şi reflexie, ceea ce face ca, din totalul radiaţiei solare, 16% să fie absorbită de aer şi nori, 30% reflectată de nori, 24% difuzată de nori şi numai circa 30% să ajungă la sol ca radiaţie directă. La suprafaţa Pământului ajunge numai 46% din radiaţia solară de la limita superioară a atmosferei: 30% ca radiaţie directă şi 16% ca radiaţie difuză. La suprafaţa solului, o parte din această radiaţie este reflectată, alta este condusă în pământ, iar restul este cedat aerului prin convecţie, conductivitate şi evaporarea apei. Radiaţia directă reprezintă radiaţia solară care străbate atmosfera când aerul este clar, începe să crească odată cu răsăritul soarelui, atinge maximul când soarele se găseşte la zenit şi scade când soarele apune. În cursul unui an, intensitatea maximă a radiaţiei solare directe se înregistrează în lunile aprilie-mai, când factorul de opacitate este cel mai redus. Pe suprafaţa Pământului, intensitatea maximă a radiaţiei solare directe creşte cu altitudinea, datorită scăderii grosimii stratului de aer. Radiaţia difuză este determinată de prezenţa în aerul atmosferic a moleculelor de gaze, dar, mai ales, a unor particule mai mari (vapori de apă, ceaţă, nori, pulberi etc.), care difuzează radiaţia solară. Atât radiaţia directă, cât şi cea indirectă, în drumul lor spre pământ, sunt parţial reflectate de nori, iar când ajung la suprafaţa pământului, sunt parţial reflecatet şi de acesta. Proprietatea de relexie a radiaţiei poartă denunmirea de albedou şi reprezintă raportul procentual între radiaţia incidentă şi cea reflectată. Pământul, ca planetă, are un albedou de 40%. Albedoul suprafeţelor acvatice este în general mai mic decât al solurilor, cu valori de 6-7% vara şi 12-15% iarna. El creşte foarte mult la poziţiile joase ale Soarelui. 26  Albedoul are un rol important în formarea climatelor globului. Datorită albedoului ridicat al zăpezii, se asigură menţinerea calotelor polare de gheaţă, deşi suma radiaţiei solare incidente este suficientă, în aceste regiuni, pentru a topi zăpada căzută anual. După lungimea de undă, radiaţiile pot avea o acţiune calorică luminoasă şi chimică, fiind deci radiaţii infraroşii, luminoase şi ultraviolete. Radiaţiile infraroşii ocupă limita superioară a spectrului solar şi reprezintă, în medie, 59% din acesta. Ele exercită o acţiune directă, când sunt recepţionate de corpul animalelor şi o acţiune indirectă, respectiv asupra mediului în care se găsesc aceste animale. Radiaţiile luminoase ocupă o poziţie intermediară în spectrul solar, având o lungime de undă de 400-700 m şi o proporţie de 40-41%. Proporţia radiaţiilor luminoase în spectru se modifică în cursul zilei, după poziţia soarelui (când soarele se află la orizont, proporţia acestora este de numai 28%, iar când este la zenit, este de circa 46%). Intensitatea luminii se apreciază în lucşi. Un lux reprezintă intensitatea luminoasă de un lumen/ m2. Radiaţiile luminoase influenţează animalele în mod direct şi indirect. Radiaţiile ultraviolete reprezintă doar 1% din spectrul solar şi se împart, în funcţie de lungimea de undă, în: radiaţii lungi (400-320 mµ) şi radiaţii mijlocii (320-290 mµ). Se caracterizează printr-o pentrabilitate foarte redusă şi o energie ridicată. Cea mai mare parte a radiaţiilor ultraviolete solare este reţinută de stratul de ozon din mezosferă, dar şi de atmosfera inferioară. Acţiunea biologică a luminii Rolul estenţial al luminii asupra organismelor constă în întreţinerea ritmurilor biologice. Ritmurile biologice (bioritmurile) pot fi definite ca fiind desfăşurarea în timp a oricărui proces sau fenomen biologic, care se repetă relativ în însuşrile sale calitative, la intervale de timp aproximativ egale. La animale există un ansamblu de bioritmuri, din care mai importante sunt ritmurile circadiene, lunare, sezoniere. 27  Ritmurile circadiene (zilnice, nictemerale) sunt determinate de alternanţa ritmică între lumină – fotofază şiu întuneric – scotofază. Alternanţa zilei cu noaptea imprimă organismelor o desfăşurare ritmică a diverselor procese metabolice, fiziologice şi etologice. Din acest punct de vedere vieţuitoarele se împart în animale cu: activitate diurnă, crepusculară, nocturnă şi cu activitate aritmică. Omul, ca orice fiinţă vie, este şi el supus aceloraşi activită ritmice, datorită felului său de viaţă, preponderent diurn, mai ales în privinţa funcţiilor, care guvernează forţa fizică, sensibilitatea şi capacităţile intelectuale. S-au pus în evidenţă, astfel, trei bioritmuri: bioritmul fizic, bioritmul psihic şi bioritmul intelectual. Fiecare tip de bioritm se compune din două faze: o fază pozitivă şi una negativă, egale ca durată şi pornesc toate trei, din origine, adică din prima zi de naştere a individului, începând a se derula cu faza pozitivă. Bioritmul fizic durează 23 zile, fiecare fază având câte 11,5 zile. Acest tip de bioritm caracterizează puterea fizică, rezistenţa, energia şi curajul fizic al omului. La punctul cel mai înalt de pe curba fazei pozitive, omul dispune de cea mai mare cantitate de energie, care-i conferă un randament maxim. În această fază sunt recomandate intervenţiile chirurgicale, transfuziile de sânge etc. Bioritmul psihic sau emoţional are durată de 28 de zile, fiecare fază având câte 14 zile. În faza pozitivă, individul se bucură de bună dispoziţie, veselie, spirit de colectivitate, intuiţie şi capacitate creativă. În faza negativă, dimpotrivă, omul este irascibil, fără chef, deprimat, vulnerabil. Bioritmul intelectual are perioadă de 33 de zile. Faza pozitivă este de 16,5 zile, iar cea negativă, la fel. În faza pozitivă a bioritmului, memoria, voiciune spirituală, funcţionează mai bine, iar capacitatea de analiză şi sinteză este maximă. În desfăşurarea lor, bioritmurile îşi pot suprapune fazele pozitive sau negative în anumite zile. Când fazele pozitive se suprapun, omul se află în formă excelentă, iar când fazele negative se suprapun, randamentul scade, iar pericolul de accidente creşte. 28  Adaptări ale organismelor faţă de lumină Acţiunea luminii a determinat numeroase adaptări ale organismelor vii cu o paletă largă de manifestări ecologice. Fotofilia repreyintă exigenţa plantelor şi a animalelor în raport cu intensitatea radiaţiilor luminoase. Există plante fotofile, adaptate la intensităţile ridicate ale radiaţiilor luminoase (mesteacăn, salcâm, larice) şi plante fotofobe (Oxalis acetosella). În cazul animalelor, fotofobia se manifestă pregnant la organismele care trăiesc în peşteri şi zonele afotice ale oceanului planetar. Fototropismul reprezintă proprietatea unor organe ale plantelor sau a unor organisme în ansamblul lor de a se deplasa într-o anumită direcţie, în funcţie de prezenţa şi intensitatea luminii. La plante, care sunt fixate pe substrat, mişcările fototrope constau în orientarea unor părţi sau a plantei întregi către sursa de lumină (de exemplu: capitulul de la floarea-soarelui). La multe animale lumina declanşează deplasarea acestora spre sursa de lumină (fototropism pozitiv) sau în sens opus (fototropism negativ). Fotoperiodismul reprezintă ansamblul reacţiilor de răspuns ale organismelor la duratele variabile de iluminare şi de întuneric. Acest fenomen joacă un mare rol în ecologia diverselor vieţuitoare. Mobilul principal al fotoperiodismului este alternanţa zilei şi a nopţii, a căror durată variază semnificativ în decursul anului la latitudinile medii şi înalte. Perioada luminoasă din cursul zilei sau fotoperioada, joacă un rol esenţial în numeroase ecosisteme, controlând germinarea plantelor, intrarea în repaus sau reluarea creşterii apexului ramurilor, căderea frunzelor în cursul toamnei la plantele cu frunze căzătoare, înfloritul. După fenofaza înfloritului se disting: - plante de zi scurtă, la care înfloritul se produce cînd fotoperioada este mai mică sau egală cu 12 ore; - plante foto-neperiodice, la care înfloritul nu este dependent de durata fotoperioadei. Ritmul circadian sau nictemeral este legat de alternanţa zi-noapte şi este 29 controlat de un ceas biologic. Datorită existenţei luminii, animalele percep culorile, formele şi mişcările şi au dezvoltat o serie de adaptări utile supravieţuirii, în condiţiile concrete ale biotopului, precum mimetismul, homocromia, imitaţia. Mimetismul constă în imitarea coloritului, desenului şi a formei generale a corpului unor animale ce au mijloace eficiente de apărare (ace cu venin, muşcături veninoase, gusturi sau miroasuri neplăcute etc.) de către animalele ce nu posedă asemenea mijloace. Homocromia se exprimă prin adăptarea de către un animal, a coloritului substratului pe care trăieşte. Când stă în nemişcare, animalul poate scăpa neobservat sau invers, poate prinde o victimă ce nu-l poate sesiza din cauza coloritului. Imitaţia se manifestă pe aceleaşi principii, dar pe lângă culoare este imitată şi forma unor părţi ale substratului (frunze, ramuri uscate etc.) b. Temperatura este un factor ecologic fundamental, fiind corelat şi determinând în acelaşi timp şi dinamica altor factori ecologici, fizici, chimici, geografici. Temperatura provine pe planeta noastră din energia radiantă solară şi poartă denumirea de constantă solară, alcătuită din 50% spectru vizibil şi 50% spectru invizibil. Constanţa solară reprezintă cantitatea de calorii pe centimetru pătrat primită de la soare în timp de un minut şi este egală cu 1,94 cal/cm2/min. Temperatura influenţează numeroase procese ale vieţii. Controlează direct respiraţia, creşterea, fotosinteza, locomoţia, rezistenţa la acţiunea diferiţilor factori ecologici etc. Acţionează direct şi asupra activităţii enzimatice şi a unor fenomene fizico-chimice, de maximă importanţă, la nivel celular. Constanţa solară reprezintă cantitatea de calorii pe centimetru pătrat primită de la soare în timp de un minut şi este egală cu 1,94 cal/cm2/min. Temperatura influenţează numeroase procese ale vieţii. Controlează direct respiraţia, creşterea, fotosinteza, locomoţia, rezistenţa la acţiunea 30 diferiţilor factori ecologici etc. Acţionează direct şi asupra activităţii enzimatice şi a unor fenomene fizico-chimice, de maximă importanţă, la nivel celular. Deşi, în general, temperatura este un factor favorabil majorităţii proceselor biologice, ea poate deveni, prin variaţiile sale peste anumite limite, un factor limitativ. Regimul termic al aerului atmosferic cuprinde procesul de încălzire şi procesul de răcire. Atmosfera se încălzeşte în foarte mică măsură direct de la soare. Suprafaţa terestră este principala sursă de încălzire a atmosferei deoarece este capabilă să absoarbă în mare parte radiaţia solară. Aerul atmosferic se încălzeşte de la soare prin intermediul suprafeţei active a Pământului. Aerul încălzit este implicat într-o dinamică în care intervin mai multe fenomene fizice: convecţia, advecţia, turbulenţa, radiaţia. Convecţia se realizează prin încălzirea aerului atmosferic din aproape în aproape, de jos în sus. Aerul cald execută o mişcare ascendentă, iar aerul rece o mişcare descendentă, şi astfel se produce un schimb turbulent atât pe verticală, cât şi pe orizontală. Prin convecţie are loc o încălzire a atmosferei, de la bază către stratele superioare. Advecţia numită şi convecţie orizontală, determină mişcarea orizontală a maselor de aer şi propagarea căldurii, cauzând schimbări ale vremii de la o zi la alta, în mod intempestiv. Turbulenţa este determinată de masele de aer de temperaturi diferite care execută mişcări în toate sensurile şi contirbuie în mare m,ăsură la transmiterea căldurii de la sol spre atmosferă. Răcirea aerului atmosferic este determinată de două procese: convertire şi radiaţie. Convertirea constă în transformarea căldurii în radiaţie cinetică, datorită mişcării aerului cald spre straturile înalte ale atmosferei. Radiaţia se observă în timpul nopţilor senine şi lipsite de vânt, când suprafaţa terestră şi stratul de aer apropiat pierd multă căldură,devenit mult mai 31 reci decât stratele de aer din altitudine, a căror răcire este încetinită de amestecul turbulent mai intens de la acest nivel. Variaţiile periodice ale temperaturii aerului. Mişcările pământului (rotaţie, revoluţie) determină o anumită periodicitate factorilor ecologici primari (lumina, temperatura). Aceste variaţii sunt diurne şi anuale. Variaţiile diurne ale temperaturii aerului prezintă o maximă şi o minimă. Se atinge un maxim în timpul zilei între orele 13-15 şi un minim dimineaţa, înainte de răsăritul soarelui, ca urmare a pierderii de căldură prin radiaţie în timpul nopţii. Amplitudinea variaţiilor diurne depinde de următorii factori: latitudinea geografică, anotimpurile, altitudinea, configuraţia terenului, natura suprafeţelor, nebulozitatea. Variaţiile anuale ale temperaturii aerului sunt influenţate de aceiaşi factori care determină variaţiile zilnice. Dinamica anbuală a temperaturii prezintă un maxim în luna iunie, iar în luna ianuarie prezintă un minim. Spre deosebire de amplitudinea diurnă, amplitudinea anuală creşte cu latitudinea, cea mai mică amplitudine a variaţiei anuale se observă în zona ecuatorială, iar cea mai mare în regiunile polare, mai ales în zonele continentale. Limitele de toleranţă ale organismelor faţă de temperatură. Pe Pământ ecartul valorilor termice este cuprins între -880C în Antarctida şi sute de grade în solurile de origine vulcanică sau apele de origine subterană. Cea mai ridicată temperatură pe planeta noastră a fost descoperită pe fundul Oceanului Pacific, în largul Mexicului, unde există izvoare termale a căror temperatură variază între 1500C şi 4000C, iar în zona acestor izvoare s-au descoperit scoici, crustacei, pogonofore etc. Limita inferioară a vieţii active nu coboară mult sub 00C petru plantele şi animalele poikiloterme. Animalele homeoterme pot suporta temperaturi de până la -60 (-700C). Temperaturi ecologice Capacitatea de a tolera variaţiile de temperatură ale biotopului depinde 32 de specie, de stadiul de dezvoltare (ouă, larve, adulţi), de starea fiziologică. După limitele de toleranţă termică, speciile se împart în două categorii: stenoterme şi euriterme. Organismele stenoterme nu tolerează în perioada vieţii active decât un interval limitat de variaţii a temperaturii mediului ambiant. Stenotermele au arii de raspândire restrânse. Unele preferă temperaturi scăzute şi se numesc stenoterme criofile, acestea trăind în zonele reci, în apele şi solurile regiunii polare (bacterii, alge, ciuperci, licheni). Altele, preferă temperaturile ridicate şi se numesc stenoterme termofile, trăind în zonele calde ale globului, în mediul terestru sau acvatic, iar altele se dezvoltă la temperaturi intermediare, numite mezofile. Organismele euriterme tolerează un ecart mult mai mare de variaţie a factorului termic. Majoritatea speciilor suportă reacţii termice între 0 şi 500C. Între aceste limite fiecare specie s-a adaptat să supravieţuiască între o temperatură minimă şi o temperatură maximă între care se găseşte optimul ecologic (conform legii toleranţei). Din acest punct de vedere, pentru fiecare specie sau populaţie naturală se poate delimita: temperatura zero, temperatura eficientă şi temperatura optimă (Varvara, 1999). Temperatura zero sau zero biologic (K) este temperatura de la care începe dezvoltarea sau creşterea şi are o valoare diferită, în funcţie de specie. Sub această temperatură, chiar dacă indivizii supravieţuiesc, ei nu sunt în stare să parcurgă un ciclu normal de reproducere în urma căruia să rezulte o nouă generaţie. Temperatura eficientă (TE) este temperatura situată deasupra temperaturii 0 a dezvoltării şi reprezintă suma totală a temperaturilor necesare pentru realizarea ciclului biologic, în condiţii corespunzătoare de htănire şi umiditate. Când cei doi factori nu sunt corespunzători, durata ciclului biologic se modifică, chiar dacă s-a realizat o temperatură eficientă. Temperatura eficientă se exprimă prin diferenţa dintre temperatura la care se găseşte organismul, deci temperatura biotopului (T) şi temperatura 0 a 33 dezvoltării (K): TE= T-K. Un organism îşi desăvârşeşete dezvoltarea, ajungând la reproducere, dacă în condiţiile mediului dat se întruneşte o anumită sumă a temperaturilor zilnice eficiente (S), sumă ce reprezintă o caracteristică a speciei. Ea se poate calcula după formula S= (T-K)D, unde D reprezinta numărul de zile. Temperatura optimă este temperatura preferată de către organism şi poartă denumirea de preferendum termic. Acest preferendum termic este specific pentru fiecare specie în parte, iar în cadrul aceleiaşi specii diferă de la un stadiu de dezvoltare la altul. În afară de aceste limite, fiecare specie prezintă o temperatură letală inferioară, sau moarte prin frig, şi o temperatură letală superioară, când moare din cauza căldurii. Adaptările animalelor faţă de temperatură Animalele poikiloterme au temperatura corpului variabilă, în funcţie de temperatura mediului. Din această categorie fac parte nevertebratele sau vertebratele inferioare. Animalele heteroterme au posibilitatea de a depăşi temperaturile critice, pozitive sau negative ale mediului, printr-o serie de adaptâri (estivaţie-vara şi hibernare-iarna). Acestea au vara un comportament asemănător cu al homeotermelor, iar iarna asemănător cu al poikilotermelor. Pentru a rezista condiţiilor termice foarte variabile de pe glob, animalele prezintă o serie de adaptări morfologice, fiziologice şi comportamentale. Aceste adaptări la variaţiile de temperatură se supun unor regului generale, cele mai cunoscute fiind regula lui Bergmann şi regula lui Allen. Regula lui Bergmann arată că animalele din aceeasi specie sau grup taxonomic, care trăiesc în regiunile nordice, au talia (înălţimea) mai mare, comparativ cu cele care ttrăiesc în zonele calde. În condiţii termice similare, animalele homeoterme pierd aceeaşi cantitate de căldură pe unitatea de suprafaţă. Dar, la creşterea în volum cu un procent, îi corespunde o creştere în suprafaţă cu doar 0,5 procente. Astfel, odată cu mărirea în volum, raportul dintre 34 suprafaţă şi volum scade, ceea ce înseamnă că un organism de talie mai mare va pierde mai puţină căldură, raportat la volum (sau greutate), faţă de un organism de talie mai mică. Există numeroase observaţii care confirmă regula lui Bergmann, după care, există şi altele, care o infirmă, ceea ce arată că talia animalelor este un fenomen ecologic mai complex. Aceasta demonstrează că regula lui Bergmann nu este universală. Regula lui Allen este o consecinţă a regulii lui Bergmann şi arată faptul că animalele din regiunile mai reci au apendicii (ex.: urechile) şi membrele mai scurte decât cele din zonele calde, adaptarea având acelaşi rol, de a diminua pierderile de căldură. În condiţii de temperaturi negative animalele au suferit o serie de adaptări fiziologice şi comportamentale (etologice), care le-au permis să suprvieţuiască, cum sunt: deshidratarea, producerea de substanţe antigel, starea de amorţire, hipotermia, migraţia, organizarea intrapopulaţională. c. Apa şi umiditatea Viaţa nu ar fi posibilă pe Terra fără apă. Din punct de vedere ecologic, apa, singură sau împreună cu temperatura, reprezintă un factor esenţial al vieţii, atât ca element constitutiv al organismelor, cât şi ca mediu de desfăşurare a proceselor biochimice, fiziologice şi ecologice. Apa contribuie la circuitul materiei în natură, fiind veriga legăturii biogene dintre sol şi plantă. Sursa cea mai importantă de aprovizionare cu apă a ecosistemelor terestre o reprezintă precipitaţiile. Cantitatea anuală de precipitaţii căzută, forma sub care se prezintă (ploaie, grindină, zăpadă), variaţia sezonieră, caracterul regulat sau sporadic, determină repartiţia geografică a ecosistemelor. Însuşirile apei cu implicaţii ecologice Principalele caracteristici ale apei cu implicaţii ecologice sunt: stuctura moleculei de apă, densitatea, vâscozitatea, tensiunea superficială, capacitatea calorică, conductivbilitatea termică şi puterea de solvire. Structura specială a moleculei de apă influenţează determinant viaţa 35 organismelor acvatice. Apa sau oxidul de hidrogen H2O (H-O-H) are greutatea moleculară 18, fiind formată din 16 g de oxigen şi 2 g de hidrogen. Elementele de constituţie ale apei sunt oxigenul, care prezintă trei izotopi stabili: 16 O, 17 O, 18 O şi trei izotopi radioactivi, cu viaţă scurtă: 14 O, 15 O şi 19O, şi hidrogenul, cu doi izotopi stabili 1H (hidrogen) şi 2H (deuteriu) şi un izotop radioactiv cu o perioadă de înjumătăţire de 12,2 ani: 3H (tritiu). În molecula de apă, atomul de oxigen este dispus în vârful unui triunghi isoscel, iar atomii de hidrogen la baza acestuia. Molecula de apă este polarizată în aşa fel încât sarcinile electrice negative ale oxigenului se dispun într-o direcţie, iar cele electrice pozitive ale hidrogenului, în direcţie opusă. O astfel de moleculă polarizată poartă numele de dipol, are un câmp electric, astfel că într-un agregat molecular de apă, polii cu sarcini electrice contrarii se apropie şi alcătuiesc o dispoziţie structurală caracteristică. Dipolii apei se asociază pe baza unor legături labile de tipul „punţilor de hidrogen” constituind forme de agregare cu proprietăţi distincte. Grupările polare ale moleculei de apei se numesc hidroli şi se pot asocia astfel: - monohidrol (H2O); - dihidrol (H2O)2; - trihidrol (H2O)3; - polihidrol (H2O)n Densitatea apei este raportul dintre volum şi greutate. Ea variază în funcţie de temperatură, salinitate, presiune, concentraţie de substanţe în suspensie. Modificarea particulară a densităţii apei în funcţie de temperatură este o altă anomalie a proprietăţilor ei termodinamice. Prin ridicarea temperaturii apei de la 00C la 40C structura ei se modifică, moleculele ei se apropie astfel încât la 40C atinge densitatea maximă, egală cu 1. Gheaţa, având densitatea mică, acţionează în timpul iernii ca un izolator termic, împiedicând îngheţarea apei până la fundul bazinelor şi moartea organismelor acvatice. Vâscozitatea sau frecarea internă este reistenţă pe care o opune un fluid 36 unui corp care se mişcă în el. Unitatea de măsură a vâscozităţii este poazul (pz), cu submultiplii sai centipoazul (1cpz=1/100 pz) şi milipoazul (1 mpz=1/1000 pz). Raportul dintre temperatura apei şi viscozitate Temperatura apei (0C) 0 3 10 15 20 25 30 Vâscozitatea apei (mpz) 18,9 16,2 14,0 12,3 10,8 9,6 8,6 Forţa de frecare în apă este de aproape 100 de ori mai mare decât în aer, astfel vieţuitoarele acvatice au de învins forţe mult mai mari decât cele aeriene. Tensiunea superficială este forţa care acţionează la suprafaţa de separaţie a unui lichid în mediu gazos. Se măsoară în dine /cm2, valoarea ei fiind influenţată de temperatură, conţinut de săruri etc. apa pură are tensiune superficială de 72,5 dine/cm2. Datorită tensiunii superficiale, pelicula de la suprafaţa apei poate servi ca substrat de locomoţie pentru organismele ce populează suprafaţa apei (epineustomul) sau de susţinere pentru cele ce trăiesc în ea (hiponeustomul). Capacitatea calorică reprezintă puterea de înmagazinare a căldurii, care face ca apa să înmagazineze în perioada caldă o cantitate mare de căldură, pe care apoi o cedează treptat mediului. Conductibilitatea termică este capacitatea unui element de a conduce căldura. Conductibilitatea termică scăzută a apei face ca apa să cedeze treptat căldură mediului. Aşa se explică faptul că în timpul iernii lacurile de acumulare joacă rol de adevărate calorifere naturale pentru zonele învecinate. Temperatura latentă de vaporizare a apei şi de topire a gheţii sunt corelate cu capacitatea calorică mare a apei şi cu conductibilitatea ei termică scăzută. Pentru transformarea apei în vapori este necesară o cantitate de energie calorică de 539 cal/g, adică de 5 ori mai mare decât cea de fierbere. Temperatura de solidificare a apei este ridicată comparativ cu a altor compuşi. La temperaturi în jur de 00C, în organisme pot avea loc procese 37 biologice care nu ar fi posibile la temperaturi mai scăzute. Dilatarea apei la solidificare 38  Zonele tropicale sunt cele mai sărace în precipitaţii, între 200 şi 350 latitudine întinzându-se cele mai mari deşerturi ale Terrei. Cantitatea de apă din unele regiuni ale Saharei nu depăşeşte 5 mm/m2 anual. În România cantitatea medie anuală de precipitaţii variază între 359-1400 mm. Rezervele de apă ale Terrei depind de doi parametri principali: cuantumul anual al precipitaţiilor şi relief. Aceşti parametri nu pot fi modificaţi şi reprezintă un dar natural al fiecărei ţări. Ţara noastră are un cuantum anual al precipitaţiilor modest (în medie 637 mm), dar un relief armonios, ceea ce face ca disponibilităţile de apă să poată fi considerate de limită inferioară spre medie. Apa din sol Se poate găsi sub mai multe forme: apă higroscopică, apă capilară şi apă gravitaţională. Apa din sol gravitaţională Sol cu porozitate utilizată capilară punctul de ofilire Capacitatea de câmp higroscopică neutilizată 39 legată  Fig.1 Diferite forme ale apei din sol Apa higroscopică sau apa legată este absorbită din atmosferă de către particulele de sol, se care se fixează sub forma unei pelicule fine. Ea este reţinută foarte strâns de particulele de sol, astfel că în mod obişnuit nu poate fi utilizată de către plante. Apa capilară este reţinută de porii capilari a căror dimensiune variază între 0,2-0,8 microni şi se deplasează datorită tensiunii superficiale sau presiunii osmotice (fig. 1) Solul umezit până la nivelul capilarelor însumează apa higroscopică, apa peliculară şi apa capilară. Apa capilară circulă relativ uşor în toate direcţiile, solubilizează substanţele nutritive şi poate fi utilizată de plante. Este apa utilă pentru plante şi reprezintă categoria cea mai importantă de apă din sol. particulă de sol Apa peliculară Apa capilar higroscopică Apă capilară Fig. 2 Reprezentarea schematică a apei capilare 40  (Puiu, 1980) Apa gravitaţională ocupă porii mari ai solului, este foarte mobilă, slab reţinută şi se pierde rapid, prin scurgere sau infiltraţie, iar plantele nu pot beneficia de ea. Presiunea atmosferică Presiunea atmosferică reprezintă forţa cu care straturile atmosferei apasă asupra corpurilor într-un anumit punct de pe suprafaţa Pământului. Valoarea medie a presiunii atmosferice este egală la malul mării cu 1,033 kgf, care echivalează cu greutatea unei coloane de mercur cu înălţimeaq de 760 mm şi secţiunea de 1 cm2 (1 atmosferă). Valorile presiunii atmosferice se modifică în funcţie de latitudine, altitudine şi condiţii atmosferice. Valorile presiunii atmosferice influenţează în mod direct densitatea diverselor specii de animale şi plante. III.3.1.3 Factorii mecanici Înfăţişarea unui ecosistem, modificarea morfologie sale şi deci a aspectului său vizibil sunt adesea rodul factorilor mecanici. În categoria factorilor ecologici mecanici intră mişcările aerului (vântul) şi mişcările apei. a. Vântul reprezintă deplasarea maselor de aer de la supafaţa Pământului. Din punct de vedere ecologic, vânturile sunt cu caracter de regim regulat (zilnice – brizele de mare şi munte şi anuale – crivăţul, musonii, alizeele etc.) şi cu caracter pertubator (vijelie, uragan, tornade etc.). Rolul curenţilor de aer este multiplu şi cel mai adesea greu de prevăzut. Ei pot mări sau micşora temperatura, determinând viteza şi anvergura evapotranspiraţiei, au un rol în transportul particulelor abiotice (nisip, praf) şi al unor componente din biocenoză, de la spori, la polen şi chiar la indivizi sau populaţii întregi. 41  Vânturile, mai ales cele cu regim constant, pot determina adaptări deosebite în mai multe grupe de plante şi animale. Curenţii de aer determină eroziunea eoliană, formează dunele de nisip şi modelează continuu morfologia biotopului; ei reprezintă în acelaşi timp un factor de selecţie în populaţiile animale şi vegetale. b. Mişcările apei. Atât apele curgătorare (izvoare, râuri, fluvii), cât şi cele stătătoare (lacuri, bălţi, mări, oceane) au diverse feluri de mişcare. La apele curgătoare, apa se scurge datorită pantei, preponderent dinspre partea superioară spre cea inferioară. Apele curgătoare transportă o mare cantitate de aluminiu. Ele pot străbate lanţuri muntoase prin săparea de chei, dar pot fragmenta ecosistemele terestre, săpând bariere naturale pentru numeroase specii. În apele stătătoare mişcările apei constau în curenţi verticali ascendenţi şi descendenţi, valuri, maree. Efectele ecologice ale acestor curenţi sunt următoarele: curenţii ascendenţi aduc la suprafaţă nutrienţii sedimentari de pe fundul apei, determinând productivitatea zonei respective, iar curenţii descendenţi transportă oxigenul spre straturile profunde ale apelor stătătoare, dând posibilitatea şi aici dezvoltării vieţii. Valurile se datorează acţiunii vântului, au un rol important pentru viaţa acvatică, datorită amestecării masei de apă. Valurile seismice (Tsunami) sunt provocate de cutremure sau explozii vulcanice submarine. Viteza de propagare a lor ajunge la 800 km/oră, iar înălţimea la peste 30 m. Fluxul şi refluxul sunt oscilaţii periodice (aproximativ 12 ore) de nivel ale apelor oceanice, determinate de forţa de atracţie exercitată de Lună şi Soare asupra Pământului. Un alt fenomen îl constituie inundaţiile care pot conduce la perturbarea ecosistemelor. În zonele inundabile organismele prezintă adaptări specifice care să le permită să supravieţuiască. III.3.1.4 Factorii chimici 42  Compoziţia chimică a mediului reprezintă unul dintre cele mai importante mecanisme prin care biotopul îşi adaptează biocenoze şi îşi sporeşte importanţa în economia ecosistemului. O importanţă deosebită au elementele care favorizează creşterea stratului vegetal – azotul, fosforul, potasiul, dar şi multe alte macro- şi microelemente, care concură la productivitatea primară a Terrei. Zăcămintele minerale – indiferent dacă acestea au sau nu legături puternice cu componentele biocenozei – formează un motiv prioritar de studiu al ecosistemului, pentru că punerea lor în valoare prin exploatări şi prelucrări determină schimbări deosebite în aspectul ecosistemului. Factorii chimici pot fi prezentaţi atât ca elemente chimice (oxigen, azot, fosfor, sulf etc.), cât şi sub formă de combinaţii (CO2, duritate, salinitate, alcalinitate). În funcţie de compoziţia chimică a solului, ph-ul are valori care merg de la 3,5 (turbării) la 8 în solele calcaroase şi la peste 9 în solurile sărăturate. Aceste valori favorizează dezvoltarea anumitor animale şi plante. În ape, salinitatea reprezintă un factor care influenţează structura biocenozelor. Salinitatea (S%) reprezintă greutatea elementelor solide exprimată în grame, care poate fi obţinută prin evaporarea în vid a 1 kg de apă, la o temperatură de 4800C. Din punct de vedere al salinităţii apele pot fi împărţite în patru mari categorii: - ape dulci sau ahaline, cu salinitatea sub 0,5 0 00 ; - ape salmastre sau mixohaline, cu salinitatea cuprinsă între 0,5 şi 30 0 00 ; - ape marine sau euhaline, cu salinitate între 30 şi 40 0 00 ; - ape suprasărate sau hiperhaline, cu salinitate peste 40 0 00. În funcţie de adaptarea la variaţiile de salinitate, organismele acvatice se împart în două mari grupe: stenohaline şi eurihaline. 43  Speciile stenohaline trăiesc în medii cu salinitate constantă, întreg ciclul lor antogenetic, fie la salinităţi mai mici şi constante, fie la salinităţi mari şi constante. Speciile eurihaline pot trăi în medii acvatice în care salinitatea variază în limite foarte mari, în toate fazele ciclului ontogenetic. Cantitatea de săruri solvite în apă determină presiunea osmotică a mediului, care condiţionează metabolismul hidric, salin şi răspândirea hidrobionţilor. În funcţie de mecanismele de menţinere a presiunii osmotice a mediului intern, organismele acvatice pot fi: - homeosmotice, la care presiunea osmotică a mediului inter, indiferent de salinitatea mediului, precum algele, nevertebratele dulcicole şi din apele hiperhaline şi vertebratele; - poikilosmotice, la care presiunea osmotică a mediului intern este egală cu cea a mediului extern, deci variabilă. Nevertebratele marine sunt organisme poikilosmotice. Salinitatea, împreună cu temperatura şi presiunea hidrostatică modifică densitatea apei şi inflenţează condiţiile de locomoţie, morfologia, metamolismul şi răspândirea hidrobionţilor. a. Oxigenul. Canitatea de oxigen – gazul care întreţine viaţa – se găseşte în toate mediile, dar în concentraţie diferită, salinitate şi presiune atmosferică, ilustrând faptul că totdeauna factorii de mediu se întrepătrund, se intersectează, se compleatează sau uneori se concurează într-o densă plasă de relaţii. În atmosferă proporţia de oxigen se caracterizează printr-o mare constanţă (în cea mai mare parte a biosferei), de aceea, în mediu terestru, acest gaz rareori poate deveni limitat. În mediu acvatic, cantitatea de oxigen variază mult în timp şi spaţiu. Astfel, dacă în atmosferă oxigenul reprezintă 21% din volumul aerului, în mediul acvatic el se găseşte în proporţii mult mai mici şi variabile, deoarece solubilitatea lui depinde de temperatura şi salinitatea apei. Solubilitatea oxigenului în apă variază invers proporţional cu 44 temperatura şi salinitatea apei şi este favorizată de mişcarea apei şi de creşterea presiunii atmosferice. Rezistenţa organismelor acvatice în ape cu un conţinut redus de oxigen variază de la o specie la alta. Pentru a face faţă deficitului de oxigen, multe specii au dobândit adaptări în acest sens. Unele specii pot suporta, uneori, absenţa totală a oxigenului, trecând la respiraţia anaeroba. Deseori vara, în lalcuri cu vegetaţie abundentă, datorită fotosintezei intense, are loc o suprasaturare a apei în oxigen. O suprasaturaţie slabă este inofensivă pentru majoritatea hidrobionţilor, în timp ce una puternică poate fi fatală, în special puietului de peşte, din cauza emboliei gazoase ce apare în aceste condiţii. Toate organismele aerobe (plante, animale, bacterii) consumă oxigen în procesul respiraţiei şi elimină dioxid de carbon. Imporanţa lor în acest proces este determinată de biomasă, intensitatea şi diversitatea proceselor metabolice şi comportamentelor. Rolul preponderent în consumul oxigenului revine plantelor (fitoplancton, în mediile acvatice) şi bacteriilor. b. Dioxidul de carbon (CO2) joacă un rol deosebit de important, deoarece el participă în procesul de fotosinteză, asigură rpin compuşii lui (carbonaţi, biocarbonaţi), menţinerea în mediul acvatic a concentraţiei ionilor de hidrogen (pH) la un nivel apropiat de valoarea neutră, participă la constituirea unor formaţiuni calcaroase (schelete, cochilii, carapace). Concentraţiile prea mari de CO2 pot deveni limitante pentru viaţa animalelor, mai ales pentru că, un conţinut ridicat de CO2 este, de regulă, asociat cu un conţinut scăzut de oxigen. III.3.2 Zonele şi etajele de vegetaţie din România În funcţie de latitudine şi caracterul continental al climei, în ţara noastră se evidenţiază trei zone de vegetaţie: zona de stepă – proprie stepelor eurasiatice, zona de silvostepă şi zona pădurilor de stejar (sau nemorală), aparţinând vegetaţiei nemorale central-europene. III.3.2.1 Zona stepei. Prin stepă se înţelege o suprafaţă de teren pe care, 45 datorită unor anumite condiţii de climă şi sol, se instaurează o vegetaţie ierboasă caracteristică, pădurile lipsesc, iar vegetaţia lemnoasă este reprezentată prin câteva specii de arbuşti şi subarbuşti, ce formează tufărişuri pitice. Întinderea stepei în România. În legătură cu prezenţa stepei la noi în ţară au fost multe discuţii şi încă nu s-a spus ultimul cuvânt. Se află în estul Munteniei, în Bărăgan, în sudul Podişului Moldovei, în centrul şi sudul Dobrogei. Precipitaţiile sunt reduse, în medie circa 500 ml anual. Vara este secetoasă şi în general cu o atmosferă plină de praf. Maximele sunt în primăvară şi toamnă, iar minimele în iulie-august şi noiembrie-decembrie. Temperatura medie anuală este de 10-110C. Vara, în stepă, se înregistrează temperaturi de +400C, iar iarna de -30 (-350C). Diferenţa între maximele din timpul verii şi minimele din iarnă depăşeşte 700C. Vântul în stepă este aproape permanent şi foarte puternic. Predomină vântul de N-E (Crivăţul). Iarna, Crivăţul aduce viscole intense, zăpada fiind spulberată în cantităţi mari în depresiuni. Vara, Crivăţul şi Austrul măresc seceta, fiind vânturi foarte uscate. Terenurile ocupate de stepă în ţara noastră sunt plane sau slab ondulate. Altitudinea unor mici dealuridin stepă nu depăşeşte 120-130 m. Solul din stepă este în general cernoziom, care poate fi ciocolatiu, castaniu sau carbonatic. Solul bălan, care de asemena se întâlneşte în stepă, este sărac în humus, în general argilo-nisipos şi bogat în săruri solubile. Stepa mai cuprinde şi soluri azonale ca: sărături marine şi continentale, nisipuri marine şi continentale, lăcovişti şi altele. Vegetaţia naturală este ierboasă şi presărată cu pâlcuri de plante lemnoase termo-xerofile. Plantele de stepă se dezvoltă şi fructifică până la venirea secetei şi căldurii din vară, primele fiind cele cu bulbi şi rizomi. În stepă mai sunt plante numite hemixerofite, care suportă seceta prelungită datorită faptului că au rădăcini adânc înfipte în sol, până la apa freatică. O grupă mare de xerofite o formează gramineele de stepă. 46  Importanţa practică a stepei este de natură agricolă. Datorită faptului că solurile stepei sunt fertile, au fost desţelenite din timpuri foarte îndepărate şi transformate în câmpuri cultivate. III.3.2.2 Zona de silvostepă (antestepa sau stepa cu păduri) face trecerea între stepă şi zona nemorală şi este caracterizată de prezenţa cernoziomului levigat. Climatul său temperat se caracterizează prin temperaturi medii anuale de 10-110C şi 400-600 mm precipitaţii anual. Se deosebeşte o silvostepă sudică, una nordică şi alta vestică. Întinderea silvostepei depăşeşte cu mult pe cea a stepei. Silvostepa sudică cuprinde partea centrală şi de sud a Dobrogei. Silvostepa nordică se întâlneşte „insular” în centrul Transilvaniei şi sub formă de enclave, dinspre este spre Jijia şi Bahlui, până în nordul Moldovei. Silvostepa vestică cuprinde partea de vest a Banatului şi Crişanei. În silvostepă, pe lângă specii lemnoase din genurile Quercus, Carpinus, Fraxinus etc. au o foarte largă răspândire culturile agricole de grâu, porumb, soia, floarea soarelui etc. III.3.2.3 Zona pădurilor de stejar (nemorală) cuprinde o formaţiune vegetală naturală cu importanţă economică deosebită, la care se adaugă efectul de atenuare a climatului aspru continental. Pădurile sunt alcătuite din specii de Quercus, Tilia, Acer, Ulmus, Fraxinus, Crataegus, Corylus etc. În trecut, aceste păduri (Codrii Vlăsiei din Muntenia, Codrii Cosminului din Moldova etc.) acoperă cea mai mare parte a terenurilor ocupate astăzi de culturi agricole, păşuni şi fâneţe, livezi şi podgorii, de la şes până la circa 300 m altitudine. a. Etajul gorunului. Cuprinde colinele şi dealurile, ajungând pe versanţii sudici până la altitudinea de 600-700 m. Gorunul (Quercus petraea) formează masive păduroase, dar pădurile dispre silvostepă sunt alcătuite mai ales din Quercu robur, adeseori şi Q. cerris şi Q. freinetto în amestec cu numeroase alte specii lemnoase. În mod normal, gorunul se află la altitudini mai mari decât stejarul. Sunt 47 însă şi situaţii excepţionale unde stejarul se găseşte la altitudini de 1100-1200 m în amestec cu fagul şi molidul. Suprafeţele despădurite sunt ocupate de culturi agricole, livezi, păşuni, fâneţe. b. Etajul fagului. Pădurile de fag (Fagus silvatica) ocupă în România circa 1900000 ha, răspândite în toate provinciile ca făgete pure sau în amestec cu alte specii. Etajul fagului cuprinde zona deluroasă şi subcolinară, predominând între 400-900 m altitudine şi ridicându-se uneori la peste 1300 m, în funcţie de expoziţie şi stratul litologic. În partea inferioară fagul formează păduri de amestec cu gorunul şi carpenul (Carpinus betulus), iar în cea superioară cu molidul şi bradul. În compoziţia pădurilor de fac mai intră teiul (Tilia cordata), scoruşul (Sorbus aucuparia), paltinul (Acer pseudoplatanus), cireşul sălbatic (Cerasus avium) etc. Elementele ierboase caracteristice pădurilor de fag le găsim şi în locurile unde în trecut a fost fag, iar acum găsim stejar. Aceste plante ierboase sunt mai rezistente la condiţiile de climă din câmpie decât fagul. Precipitaţiile atmosferice în etajul fagului variază între 600-900 mm, putând atinge chiar 1000 mm la limita superioară sau pot scădea sub 600 mm la cea inferioară. În Moldova cantitatea de precipitaţii în acest etaj oscilează între 500-700 mm. Umiditatea atmosferică variază între 68-78%. Temperatura medie anuală a etajului fagului este cuprinsă între 6-90C. Pădurile de fag vegetează pe un sol brun acid montan de pădure, cu reacţie acidă şi cu grade diferite de podzolire. Adesea, în pădurile pure de fag se găsesc numeroşi puieţi de brad, iar în unele brădete aproape curate se află puieţi de fag. În acest caz este vorba de o succesiune fag după brad şi brad după fag. Pajiştile naturale ce se găsesc în poienile din etajul fagului, precum şi între păduri, sunt foarte bogate în specii, alcătuind renumitele fâneţe montane. Din făgetele noastre bine dezvoltate se obţine un lemn de calitate 48 superioară, fagii prezentând un elagaj normal şi tulpini drepte, cilindrice şi foarte înalte. c. Etajul molidului. Începe de la altitudinea de 800-1000 m şi urcă până la 1500-1700 (1800) m. În general, la altitudinea de 1850 m ajung arbori izolaţi şi nu pădurea închegată. În Oltenia, limita inferioară a etajului este de 1200- 49 acide, criptopodzolice precum şi podzolurile humico-feri-iluviale. d. Etajul ienupărului şi jneapănului (jepilor) – alpin inferior, subalpin apare la limita superioară a molidişului, la altitudine de peste 1700-1800 m, unde pădurea încettează a mai forma masive, iar exemplarele de molid sunt tot mai rare şi mai pipernicite din cauza vitregiei climei. Este un teritoriu lipsit de păduri numit stepa rece. Vegetaţia lemnoasă este formată îndeosebi din jepi (Pinus mugo) cu tulpinile flexibile şi ascendente, ceea ce le sporeşte rezistenţa la greutatea zăpezii. În acest etaj, la fel de frecvent se întâlnesc tufărişurile de ienupăr (Juniperus sibirica, J. intermedia) şi afin (Vaccinium myrtillus). Coastele abrupte şi stâncoase, situate pe limita superioară a etajului, sunt acoperite de smârdar (Rhododendron kotschyi) care, în timpul înfloritul, creează un frumos peisaj de culoare roşietică. Jnepenişul şi ienupăretul reprezintă o vegetaţie lemnoasă deosebit de importantăîn menţinerea echilibrului naturii, constituind pentru biotopul regiunii adevărate regulatoare şi rezervoare hidrice, cu efecte favorabile asupra cursurilor de apă din zona montană. În stepa rece sunt condiţii de climă şi sol specifice, care împiedică dezvoltarea pădurii, iar plantele ce cresc în acest teritoriu posedă anumite adaptări. Precipitaţiile atmosferice depăşesc 900 mm anual, iar în M-ţii Banatului şi Maramureşului ating în în unii ani chiar 1400 mm. Verile sunt în general ploioase. Deşi precipitaţiile sunt abundente, în sol nu se poate acumula multă apă din cauza naturii acestuia,