Curs Ecologie 2010.

8/3/2019 Curs Ecologie 2010.

1/429

430

Bibliografie selectiv

Austin M P, 1985 - Continuum, Concept, Ordination Methods, and Niche Theory, AnnualReview of Ecology and Systematics, Vol. 16: 39-61;

Barbault R., 1995 - Ecologie gnrale, Structure et functionnement de la biosfere,Ed.Masson;

Begon M., 2006 - Ecology, From Individuals to Ecosystems, fourth edition, BlackwellPublishing Ltd;

Berca M., 2000- Ecologie generali Protecia Mediului, Ed.Ceres Bucureti;Boer R. J., 2006 - Theoretical Biology,Utrecht University;Botnariuc N., 1999 - Evoluia sistemelor biologice supraindividuale, Ed. Universitii,

Bucureti;Botnariuc N., Vdineanu A., 1982 Ecologie. Ed. Didactic i PedagogicBucureti;

Botnariuc,N., 1981 - Biologie general, Ed. Didactici Pedagogic Bucureti;Budoi Gh., 1991- Bazele ecologiei agricoleUSAMV.AMD, Bucureti;Budoi Gh.i A.Penescu, 1996 Agrotehnic, Ed. Ceres Bucureti;Bucher M., 2006 - Functional biology of plant phosphate uptake at root and

mycorrhiza interfaces, Tansley review, New Phytologist;Charlier R. H., 2003 - Sustainable co-generation from the tides: bibliography, Renewable

and Sustainable Energy Reviews, Volume 7, 215-247;Cornea Petruta, 2004 - Biologie generali evoluionism, Seria Biologie-Agricultur;Dorit R.L., J.W.F. Walker and R.D. Barnes, 1991 - Zoology. Saunders College

Publishing, Philadelphia, PA, USA.Duu M.,1999 - Ecologie - filosofia naturala vieii. Ed. Economic Bucureti;Duu M., 1998 Dreptul mediului, tratat, ed. Economic, Bucureti;Frontier S., Denise Pichod Viale, A. Lepetre, Dominique Davoult, C. L, 2004 -

Ecosystemes,- structure, fonctionnement, evolution,3ed, Dundod;Gardne M. J. R, Katharine E. Hubbard, C. T. Hotta, A.N. Dodd and A A. R.

WEBB, 2006 - How plants tell the time, Review article, Biochem. Journal;Gates, David M., 1980 - Biophysical Ecology, Springer-Verlag, New York;Green, L. W. and others, 1996 - Ecological Foundations of Health Promotion. American

Journal of Health Promotion , Vol. 10 nr. 4;Hall D. O., Biomass: Regenerable Energy, 1987 - Hardcover, John Wiley and

Sons Inc.,New York;

A-PDF Merger DEMO : Purchase from www.A-PDF.com to remove the watermark
http://www.a-pdf.com/http://www.a-pdf.com/


2/429

431

Hickman, Cleveland P., Roberts, Larry S., and Larson, Allan, 1995 - IntegratedPrinciples of Zoology, 9th. Ed., Wm C. Brown;

Holling C. S., Resilience and Stability of Ecological Systems, 1973 - Annual Review ofEcology and Systematics, Vol. 4;

Hungerford, H. R., & Volk, T.L., 1991 - Curriculum Development in EnvironmentalEducation for the Primary School: Challenges and Responsibilities. In H.R.Hungerford, Bluhm, Essential Readings in Environmental Education.Illinios;

Hutchinson, G. E., 1978 - An Introduction to Population Ecology. Yale UniversityPress, New Haven;

Ianculescu O., Gh. Ionescu, Raluca Racovieanu, 2001 - Epurarea apelor uzate,Matrix.Rom., Bucureti;

Ionescu Cristina, M. Manoliu, 2000 - Politica i legislaia european a mediului, Ed.H.G.A., Bucureti;

Johnson Gary L., 2001 - Wind Energy Systems, Electronic Edition, Manhattan, KS;Justus J., 2006 - Ecological and Lyapunov Stability, Hastings;Kates, Robert W., 2000 - Population and Consumption: What We Know, What

We Need To Know. Environment Vol. 42;

Kreuzer Helen, Adrianne Massey, 2003, ASM Press, washington, D.CMacCracken M. C., J. S Perry, 2002 - Encyclopedia of Global Environmental Change,John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK;

Mackenzie A., Ball S.A., Virdee R.Sonia, 1998 - Instant Notes in Ecology.BiosSchientific Publisher Oxford;

Mahera Christine R., D. F. Lottb, 2000 - A Review of Ecological Determinants ofTerritoriality within Vertebrate Species, The American Midland Naturalist,

Volume 143;Majer A.,A., Schultz, 2000 - Standard Methods for Measuring and Monitoring Biodiversity,

Biological Diversity, Handbook Series, Smithsonian Institution PressWashington and London;

May, R. H., 1978 - The evolution of ecological systems. Scient. Am. 239:118-133;

May, R. M., Angela R. McLean, 2007- Theoretical Ecology Principles and Applications,Oxford University Press;

Mikkelson, G. M. 2005 - Niche-Based vs. Neutral Models of Ecological Communities,Biology and Philosophy, Volume 20, Numbers 2.

Miller G. Tyler, Living in the Environment, Principles, Connections, andSolutions, Hardcover

Miller G. Leon, Robert E. Ricklefs, 2005 cologie, De Boeck Universitd;Nelson, Ph., 2004 - Biological Physics, W. H. Freeman;Nozue K., J. N. Maloof, 2006 - Diurnal regulation of plant growth, Plant, Cell and

EnvironmentOdum E.p.,1971- Fundamentals of Ecology, 3 rd.ed.WB.Saunders Company

Phyladelpia-Toronto;Opris T., 1987 - Bios, Ed. Albatros Bucureti;


3/429

432

Penescu A., Babeanu N., Marin D.I., 2001 - Ecologiei protecia mediului, Ed. Sylvi,Bucureti;

Pfafflin J. R., E. N. Ziegler, 2000 Environmental science and engineering, Fifth edition,CRC Taylor and Francis;

Pianka, 1988, Evolutionary Ecology, Fourth Edition. Harper and Row, New York;Pollan, M., 1993 - Second Nature: A Gardeners Education. Dell Publishing. New

York, NY;Preda Gh. (coordonator), 2004 - Tratat. Valorificarea resurselor naturale, volumul I

Bazele resurselor naturale, coordonatori volum Marinescu M., Nstase G.,Editura International University Press, Bucureti,

Puia I., Soran V. i col., 2001Agroecologiei Ecodezvoltare; Ed. Academicpres, Cluj Napoca;

Purves, W.K., 2003 - Life - The Science of Biology, Seventh Edition, Hardcover;Pugnaire F., Valladares F., 2007 - Functional plant ecology, second edition, CRC

Press, Tayler and Francis Group;Pearl, R., 1978 - The Biology of Population Growth, History of Ecology Ser.,

Hardcover;Ramade F., 1984 - Elements decologie-Ecologie fondamentale. Dundod;

Rice, E. L., 1974 - Allelopathy.Academic Press, New York;Robinson R., 2002 - Biology Vols 1-4, Macmillan Science Library;Rojanschi V., Florina Bran, Gheorghia Diaconu, 1997 Protecia i ingineria

mediului; Ed. Economic, Bucureti;Rosenberg, E., Y. Loya, 2004 - Coral Health and Disease. Springer-Verlag, Berlin,

Germany;Ross E., 2002 - Concepts in Biology, 10th ed., McGraw-Hill;Sndoiu Ileana Fulvia, 2000 -Agrometeorologie, Ed. Ceres;Schowalter T., 2006 - Insect Ecology- An Ecosystem Approach 2nd ed. WWSchulze, E.D., E. Beck, K. M. Hohenstein, 2002 Plant Ecology, SpeKtrum

Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg;Speakman J. R, 2001 -Thermoregulation in Vertebrates, Encyclopedia of Life Sciences;

Stomp M., J. Huisman, L. J. Stal, 2007 - Colorful niches of phototrophicmicroorganisms shaped by vibrations of the water molecule, WinogradskyReview, The ISME Journal;

Stugren B.,1965 Ecologie general. Ed. Didactici Pedagogic, Bucureti;Stugren, 1975, Ecologie general. Ed. Didactici Pedagogic, Bucureti;chiopu D., Vntu V. (coordonatori), 2002 Ecologiei protecia mediului, Ed. Ion

Ionescu de la Brad, Iai;chiopu D., 1997 Ecologiei Protecia Mediului. Ed. Ceres, Bucureti;tefanic Gh., DI Sndoiu, Niculina Gheorghi, 2006 Biologia solurilor agricole, Ed.

Elisavaros, Bucureti;Vernberg F.J. and W.B. Vernberg, 1983 - The biology of crustacea, Vol. 7: Behavior and

ecology,Academic Press, New York;Zarnea G., 1994 Tratat de microbiologie general, Ed. Academiei Romne.


4/429

Cuprins

Consideraii introductive1.1. Ecologie. Definiie, obiect, domenii, importan 51.2. Evoluia ecologiei ca tiin 8

1.3. Dezvoltarea ecologiei n Romnia 101.4. Vocabular minim 11

Teoria general a sistemelor2.1. Concept 172.2. Clasificarea sistemelor 172.3. Caracteristicile sistemelor biologice 182.4.Ierarhia sistemelor biologice 25

Surse de energie3.1. Radiaia solar 293.2. Aciunea biologic a luminii 333.3. Temperatura aerului, apei i a solului. Aspecte generale 433.4. Rspunsul organismelor la variaiile de temperatur 45

pa n ecosistem4.1. Consideraii generale 554.2. Circuitul apei 564.3. Apa n atmosfer 584.4. Interdependena umiditate - temperatur 604.5. Apa din sol 624.6. Biotopul acvatic 644.7. Influena apei asupra organismelor 71

Biocenoza n constituirea ecosistemului5.1. Indicatorii de caracterizare a structurii biocenozei 775.2. Componentele trofice ale biocenozei 81

5.3. Lanul trofic. 845.4. Reeaua trofic 875.5. Relaiile dintre nivelurile trofice 895.6. Nia ecologic 905.7. Autocontrolul i stabilitatea ecosistemelor 94

Ecologia popula iei6.1. Definiii. 976.2. Trsturi structurale i funcionale (parametri de stare) 976.3. Dinamica populaiei 1076.4. Modele de cretere a populaiilor 1086.5. Mecanisme active de reglare a densitii populaiilor 120

Rela ii intraspecifice i interspecifice

7.1. Relaii intraspecifice 1257.2. Relaii interspecifice 129


5/429

7.3. Allelopatia 173Circulaia materiei n ecosisteme8.1. Circuite biogeochimice. Consideraii generale. 1758.2. Circuitul carbonului 1778.3. Circuitul oxigenului 1788.4. Circuitul azotului 1798.5. Circuitul sulfului 1838.6. Circuitul fosforului 184

Transferul energiei n ecosistem9.1. Fluxul energetic 1879.2. Viteza de transport a energiei 1889.3. Producia i productivitatea ecosistemelor 1899.4. Eficiena transferurilor 199

Biomii10.1. Zonele ierboase localizare, caracterizarebiopedoclimatic

201

10.2. Tundra localizare, caracterizare biopedoclimatic 20410.3. Pdurile localizare, caracterizare biopedoclimatic 206

10.4. Deerturile, semideerturile i zonele cu arbuti localizare, caracterizare biopedoclimatic 212

10.5. Biomii de ap srat localizare, caracterizarebiopedoclimatic

218

10.6. Biomii de ap dulce 222Structura i evoluia ecosistemelor11.1. Structura vertical a ecosistemelor 22511.2. Structura ritmic a ecosistemelor 22611.3. Schimbri direcionate ale ecosistemelor 227

Introducere n protecia mediului12.1. Noiuni 23312.2. Factorii poluani i tipuri de poluare 239

12.3. Circulaia, dispersarea i concentrarea poluanilor nbiosfer

241

Protec ia atmosferei13.1. Generaliti 24313.2. Poluanii atmosferici 24513.3. Smogul 24913.4. Diminuarea stratului de ozon 25013.5. Efectul de ser. 25313.6. Schimbarea climatic 25813.7. Autoepurarea aerului 26313.8. Prevenirea i combaterea polurii atmosferice 264

Protec ia apelor i ecosistemelor acvatice14.1. Consideraii generale 26714.2. Clasificarea apelor supuse proteciei 269


6/429

14.3. Starea apelor n Romnia i UE 26914.4. Apele uzate. Compoziie i caracteristici 27014.5. Forme de poluare a apelor 27314.6. Eflueni, receptori, emisari 27414.7. Eutrofizarea apelor de suprafa 27414.8. Poluarea apelor subterane 27814.9. Autoepurarea apelor 27814.10. Epurarea apelor 27914.12. Mijloace de combatere i limitare a polurii apelor desuprafa

291

Protec ia solului15.1. Introducere 29315.2. Solul - funcii 29615.3. Clasificarea terenurilor n Romnia 29615.4. Ameninri 29715.5. Poluarea solului. 29815.6. Metode de depoluare a solului 30315.7. Protecia subsolului 305

15.8. Seceta, degradarea terenului i deertificarea 30515.9. Convenia privind deertificarea. Scop. Coninut. 309

Resursele naturale i conservarea biodiversitii

16.1. Resurse naturale. Definiie. Clasificare 31516.2. Biodiversitatea 31616.3. Principii ale diversitii ecologice 31716.4. Importana diversitii ecologice 31816.5. Conservarea patrimoniului natural 31916.6. Cuantificarea biodiversitii 32116.7. Categorii de arii protejate 322

16.8. Protecia speciilor slbatice de flori faun prinreglementarea comerului cu acestea

329

16.9. Resurse energetice convenionale i neconvenionale 330Gestionarea deeurilor

17.1. Consideraii generale 33917.2. Metode de gestionare a deeurilor 342

Alte tipuri de poluare18.1. Poluarea sonor 35518.2. Poluarea radioactiv 357

Bioindicatori19.1. Noiune. Abordri. Cerine organism test 36319.2. Plantele ca bioindicatori 365

19.3. Indicatori de metale grele 36719.4. Indicatori ai radionuclizilor. 367


7/429

19.5. Animalele ca bioindicatori 36919.6. Microorganismele ca indicatori. 372

Structuri na ionale i interna ionale specializate20.1. Organizaii interguvernamentale 37320.2. Organizaii internaionale neguvernamentale 37820.3. Cooperare instituional regional 37920.4. Organizaii subregionale 38020.5. Consiliul de Minitri (Consiliul membrilor UE) 38120.6. Atribuii i competene ale autoritilor naionale 381

Protecia mediului n dreptul intern21.1. Principiile proteciei mediului 38221.2. Armonizarea legislaiei naionale 38321.3. Protecia atmosferei n dreptul intern 38821.4. Cadrul legal pentru realizarea obiectivelor unei politicidurabile n domeniul apelor

391

21.5. Protecia solului i a subsolului 40521.6. Protecia resurselor naturale i conservarea durabil abiodiversitii

408

21.7.Controlul polurii industriale i managementul riscului 41621.8. Regimul juridic al deeurilor 42321.9. Informaia de mediu 427

Bibliografie selectiv 430


8/429

5

11Consideraii introductive

1.1. Ecologie. Definiie, obiect, domenii, importan

Termenul de ecologie, din punct de vedere etimologic, are la originecuvintele din limba greac: oikos= habitat, casi logos= discurs, tiin. Ecologiaeste literalmente ,,tiina habitatelor.

Noiunea de ecologie a fost folosit pentru prima dat de naturalistul ErnstHaeckel n lucrarea ,,Generelle Morphologie der Organismen (1866). El defineaecologia ca ,,tiina general a relaiilor dintre organisme i mediul lornconjurtor1. n anul 1870, Haeckel preciza c ecologia trebuie neleas ca,,studiul relaiilor dintre animale i mediul organic i anorganic, i, n particular,relaiile amicale i neamicale dintre animale i vegetaie, relaii complexe cecorespund a ceea ce Darwin numea ,,lupta pentru existen,,. Experiena ulterioarl-a condus pe Haeckel s afirme c ecologia reprezint ,,suma cunotinelorreferitoare la economia naturii2.

Noi reinem definiia propus de Dajos (1983): Ecologia este tiina carestudiaz condiiile de existen a fiinelor vii i interaciunile de toate felurile careexist ntre acestea pe de o parte, i ntre acestea i mediul lor pe de alt parte.

Ecologia este definit riguros prin obiectul de studiu, obiect ce este foartecomplex. Este reprezentat de cunoaterea, nelegerea i aplicarea n practic a

1Unter Oekologie verstehen wir die gesammte Wissenschaft von den Beziehungen desOrganismus zur umgebenden Aussenwelt, wohin wir im weiteren Sinne alle "Existenz-Bedingungen" rechnen knnen". Termenul - ecologie, dup prima definire a lui Haeckel, a fcutobiectul a numeroase reformulri. Astfel: pentru Andrewartha (1961), ecologia era,, studiul

tiinific al repartiiei i al abundenei organismelor,, ceea ce noi numim ecologia populaiei;pentru Odum (1976), ecologia reprezenta ,,studiul structurii i funcionrii naturii,, - o apropierede tipul sistemic care studiaz ciclurile materiei i fluxurile de energie; pentru Krebs (1978) -,,studiul tiinific al interaciunilor care determin distribuia i abundena organismelor; pentruDuvigneaud (1980) - ,,tiina sistemelor biologice complexe,,; Botnariuc N., n Ecologie, Ed.Did.i Ped. Bucureti, 1982: ,,ecologia studiaz sistemele supraindividuale de organizare amateriei vii (populaii, biocenoze, biosfera) integrate n mediul lor abiotic; Ionescu Al. (1988) ,,tiina relaiei dintre vieuitoarele care alctuiesc o biocenoz i dintre acestea i biotop. Eastudiaz fluxul de materie, energie i informaie care strbate un ecosistem bine delimitat; S.Frontiere et.all., n Ecosystemes, - structure, fonctionnement, evolution,3ed, Dundod, 2004 - ,,studiulinteraciunilor dintre organismele vii i mediul n care ele triesc, dintre organisme diferite ncondiii naturale sau modificate,,. Aceste definiii transpun n fapt, diferitele moduri de abordareale ecologiei - individul, populaia, biocenoza sau ecosistemul.

2

Adic modul de repartizare a substanei vii pe specii, modul cum se produce, cum circuli cumse descompune substana vie.


9/429

6

tuturor legilor care determin relaiile dintre diversele sisteme biologice i totalitateafactorilor de mediu. Ecologia include toate treptele de evoluie: de la cunoatereaproduciei i a bilanului energetic al unei specii, a mecanismelor de autoreglare adensitii populaiei, etc. pn la caracterizarea ecologic a marilor regiunibiogeografie i a ecosistemelor, cunoaterea structurii i productivitii biosferei. nprezent, obiectul ecologiei este definit din punct de vedere sistemic, asupra acestuiapunndu-i amprenta att cercettorii n materie ct i modul de abordare alproblematicii ecologice.

Ecologia este considerat o tiin interdisciplinar, sintetic, ns are icaracteristici proprii3. ntruct ecologia prin specificul problemelor abordatecuprinde att sistemele biologice ct i mediul lor abiotic este normal s fie strnslegat de numeroase alte discipline mai mult sau mai puin biologice.

Astfel: pentru studiul relaiilor funcionale dintre populaii i mediul lor sunt

utilizate conceptele, datele i metodele din domenii ca fizica(termodinamica etc.), biochimia (mecanismele moleculare aleschimburilor energetice), fiziologia (respiraia, digestia, asimilaia),microbiologia;

pentru studiul complex al oricrui taxon se folosesc cercetrile debiochimie, morfologie, taxonomie, sistematic, genetic, biogeografie,evoluionism etc.;

pentru studiul influenei factorilor fizici asupra organismelor ecologiase bazeaz pe cunotinele de climatologie, meteorologie, geografie,pedologie, geologie etc.;

datele furnizate de geochimie sunt folosite pentru explicarea migraieiatomilor elementelor chimice prin ecosistem;

folosete matematica (statistica) i informatica n prelucrarea datelor.Evaluarea complet n spaiul multidimensional al unui ecosistem realeste cunoscut n analiza sistemic ca model de baz (aditiv) sau modelizomorf (Zeigler, 1979). Dar, un ecosistem este n continu schimbare

i ca urmare un astfel de model este greu de utilizat n practic. Aaprut astfel necesitatea folosirii unui model simplificat al modeluluiizomorf care aproximeaz numai ecosistemul natural cunoscut nanaliza sistemic ca model homomorf. Alctuirea modelelor homomorfepresupune realizarea unui proces de grupare a subsistemelor ncomponente mai mari, care sunt tratate unitar.

Modelarea matematic permite simularea proceselor din natur, asigurprognozarea unor aciuni practice legate de activitatea uman i de gospodrire aunor ecosisteme naturale (deerturi, bazine polare, bazinul unor fluvii etc.)4. Pentru

3N. Botnariuc, 1999, Evoluia sistemelor biologice supraindividuale. Ed. Universitii, Bucureti.4

Conceptul de model n ecologie, fr a fi astfel denumit, a fost utilizat nc de la nceputul sec.XX. n a doua jumtate a sec. XX, conceptul de modelare a proceselor ecologice a luat


10/429

7

studiul problematicii mediului ambiant trebuie luate n considerare cel pu in 3aspecte:

climatul; procesele fizice i chimice; activitile umane, aspectele sociale, demografice, poluare etc.

n metoda modelrii se utilizeaz: modele matematice care permit analiza cantitativ i calitativ a

sistemelor i proceselor din mediu; modele sistemice, ca modele logice; modele predictive; modele grafice.

n practic, modelarea matematic a condus la: controlul exploatrii raionalea populaiei de plante i animale; controlul gradului de poluare al mediului,impurificarea alimentelor i a apei cu substane toxice i radioactive; elaborareaunor reguli de gospodrire a naturii pe baze ecologice; optimizarea produciei debiomasi recolt util etc.

In funcie de nivelul de organizare al materiei vii i modul de abordare alproblemelor, n ecologie se pot distinge urmtoarele orientri (R. Dajoz, 1975):

autoecologia, sinecologia i demecologia.Autoecologia reprezint studiul relaiilor unei singure specii cu mediul i alaciunii acestuia asupra morfologiei, fiziologiei i etiologiei speciei respective. Eaeste experimental i inductiv. Deoarece se ocup cu studiul relaiilor dintre unorganism i una sau mai multe variabile ca: umiditate, lumin, salinitate saunivelurile nutrienilor, etc. este uor cuantificat i conduce la un modelexperimental att pentru cmp ct i pentru condiii de laborator. Autoecologia acontribuit la cel puin dou concepte importante: constana interaciunii dintreorganism i mediul su i adaptabilitatea genetic a populaiilor locale la condiiilemediului dat.

Sinecologia reprezint studiul relaiilor dintre organismele diferitelor specii iale acestora cu mediul. Conceptele importante dezvoltate de sinecologie sunt acelea

care se refer la circulaia elementelor nutritive, bilanurile energetice i dezvoltareaecosistemic. Sinecologia se bazeaz pe studiile de geologie, pedologie,meteorologie i antropologie. Ea poate fi subdivizat conform tipurilor de mediu lacare se refer ca terestr sau acvatic.

Ecologia terestr poate fi la rndul ei subdivizat n ecologia pdurilor,punilor, arctici a deertului. Ea privete aspecte legate de microclimat, chimiasolului, fauna solului, circulaia hidrologic, ecogenetic i productivitateaecosistemelor. Deoarece ecosistemele terestre sunt influenate mai mult deorganisme ele sunt supuse la fluctuaii mai mari ale mediului dect ecosistemele

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


11/429

8

acvatice. Acestea din urm sunt afectate ntr-o proporie ridicat de condiiile apei,dar rezist la variaiile de temperatur ale mediului.

Limnologia (ecologia acvatic ) este limitat la cercetarea factorilor fizici,chimici i biologici care afecteaz rurile i lacurile.

Ecologia marin se ocup cu studiul vieii n mare i estuare.O ramur care s-a desprins din sinecologie este demecologia care urmrete

stabilirea legilor referitoare la dinamica populaiilor (natalitate, mortalitate).Exist i ramuri secundare ale ecologiei: ecologia microbian5, ecologia

comportamental6, ecologia fiziologic, ecologia biogeochimic, ecologiasistemelor, ecologie agricol7 etc.

1.2. Evoluia ecologiei ca tiin

Ecologia a urmat o tendin de dezvoltare istoric asemntoare cu cea aaltor tiine biologice. Primele concepte ecologice au fost enunate de Lamarck,apoi de Von Humolt. n a doua jumtate a sec. XIXi n cursul primelor deceniidin sec. XX au fost ntreprinse numeroase cercetri ecologice care au permisstabilirea unui ansamblu de noiuni fundamentale proprii acestei discipline.

Dezvoltarea ecologiei s-a datorat, n mare parte, botanitilor europeni i

americani, care au efectuat numeroase studii privind comunitile de plante, vzutedin dou puncte de vedere. Botanitii europeni au studiat compoziia, structura idistribuia acestor comuniti, n timp ce americanii au efectuat studii privinddezvoltarea plantelor sau succesiunea lor.

Dezvoltarea ecologiei poate fi mprit n dou etape. Prima etap a nceputprin fundamentarea din punct de vedere teoretic i practic de ctre E. Clements

5Prima ncercare de sintez i de punere n acord a datelor de microbiologie a mediului cuconceptele de baz ale Ecologiei generale este datorat lui T.T. Brock (1966), urmat de Alexander (1971). Ecologia microorganismelor a aprut ca un domeniu al microbiologieigenerale, cu caracter larg, integrator, interdisciplinar, strns legat de microbiologie, dar i de

ecologie. Ea aplic datele i conceptele microbiologieie generale la studiile privind prezenanatural a microorganismelor i interaciunilor dintre ele cu alte organisme i cu mediulnconjurtor. Este definit ca reprezentnd studiul integrat al relaiilor biologice dintremicroorganismeleprezente ntr-un habitat comun i interaciunile care apar ntre componeniibiotici i abiotici (G. Zarnea, Tratat de microbiologie general, Ed. Academiei Romne, 1994, p. 16).

6Studiaz comportamentul animalelor n mediul lor i interaciunile sociale asupra dinamiciipopulaiei.

7Ca disciplin tiinific, ecologia agricol a fost ntemeiat n anul 1920, de ctre italianulGirolamo Azzi. Acesta definete ecologia agricol ca "studiul mediului fizic - climat i sol - nraporturi cu dezvoltarea plantelor cultivate i randamentul lor, acesta fiind considerat din triplulpunct de vedere: cantitativ, calitativ i generativ". I. Puia i V. Soran (1977) consider cecologia agricol se poate defini ca "ramura ecologiei generale care se ocup cu studiulmultilateral, ndeosebi din punct de vedere productiv, al influenelor exercitate de factorii de

mediu asupra plantelor i animalelor domestice (aa-numita autecologie agricol) precum i decercetarea ecosistemelor agricole (sinecologie agricol)."


12/429

9

(1905) a unor metode cantitative de cercetare n ecologia vegetal. Pe baza acestormetode, a ntreprins cercetri care i-au permis s neleag parial mecanismelesuccesiunii ecosistemelor din primele faze pn n stadiul de ecosistem matur,denumit i stadiul de climax climatic (E. Clements, 1916). n aceeai perioad acrescut interesul pentru cercetrile referitoare la dinamica populaiilor. R. Pearl(1920), A. J. Lotka (1925) i V. Voltera (1926) au dezvoltat fundamentelematematice pentru studiul populaiilor. Au fost efectuate cercetri privindinteraciunile dintre prdtori i prad, relaiile de competiie dintre specii, precumi reglarea populaiilor. Conceptele privind comportamentul instinctivi agresiv aufost dezvoltate de K. Lorenz i N. Tinbergen, iar rolul comportamentului social nreglarea populaiilor a fost cercetat de V.C. Wynne-Edwards.

n timp ce unii ecologi au studiat dinamica populaiilor, alii i-au ndreptatprivirea spre bilanurile energetice. n anul 1920, A. Thienemann a introdusconceptul de nivel trofic, n care energia este transferat de la nivelul productorilorla consumatori. Observaii similare a fcut i zoologul i speologul romn EmilRacovi (1900) n cazul biocenozelor din Australia.

Ulterior, C. Elton, (1927) a evideniat rolul nielor ecologice nfuncionalitatea biocenozelor i a descris n termeni cantitativi piramida trofic

(piramida eltonian).n anul 1930, E.Birge i C. Juday determinnd bilanul energetic din lacuri,au dezvoltat ideea de productivitate primar, iar n anul 1935, A. Tansley defineteecosistemul ca unitate fundamental de lucru a biosferei.

Etapa modern a ecologiei a nceput n anul 1942 cu dezvoltarea de ctreR.L. Lindeman a conceptului de lan trofic i detalierea modului de curgere aenergiei n ecosistem. Cercetri similare au fost realizate de H. Odum (1957),Richman (1958) i B. Slobodkin (1959).

Studii privind circulaia elementelor minerale au fost iniiate de J.D.Ovington n Anglia i Australia. Au urmat unele studii privind circulaia fosforului(Hutchinson, 1950; Rigler, 1956), circulaia azotului (Caperon, 1972), rolulpopulaiilor animale n procesul de regenerare a rezervei acestor nutrieni n api

sedimente (Johannes, 1972).S-a dezvoltat teoria sistemelor (Bertalanfly, 1973; Botnariuc, 1967, 1976), a

ciberneticii (Wiener, 1948, 1950) care au contribuit la ncurajarea cercetrilorprivind structura i funcionarea ecosistemelor.

Dup anul 1960, s-a desvrit procesul de formare a bazei teoretice aecologiei (Odum, 1971, 1983, 1992; Botnariuc, 1967, 1976, 1989; etc.). Odum acontinuat s mbunteasc definiiile i conceptele din ecologie i a introdus unelenoiuni de ecologie uman i noiuni economie a mediului (1992). Cunotineleacumulate n domeniu au contribuit la elaborarea unor teorii cum ar fi, de exemplu,cele referitoare la legile care genereaz fluxul de energie i circulaia substanelor nbiosfer, mecanismele procesului evolutiv, schimbarea structurii i organizriimateriei vii. De asemenea, au constituit o baztiinific a activitilor de proteciamediului nconjurtor i de folosire raional a resurselor naturii, au contribuit la


13/429

10

consolidarea proceselor tehnico-tiinifice din agricultur, silvicultur, industrie,medicin etc.

Dup anul 1990, ali ecologi, cum ar fi spre exemplu, Aldo Leopold i RachelCarson au contientizat necesitatea conservrii ecosistemelor i au aprofundatstudiul raporturilor dintre binele omenirii i utilizarea ecosistemelor, precum iproblemele de poluare. Green (1996) definete ecologia uman ca fiind ointerdependen ntre oameni i mediul n care triesc. De asemenea, Pollan i Orrau aprofundat studiile referitoare la aplicaiile ecologiei n viaa cotidian, modul ncare sunt incluse principiile ecologice n activitile industriale etc. (1993).

Orr (1991)8, Hungerford i Volk (1991)9 au argumentat necesitateacompletrii programelor de studiu cu ore de ecologie, ntruct acestea i-ar ajuta peoameni s se instruiasc astfel nct s fie capabili i s manifeste dorina de a luamsurile de mediu n conformitate cu o calitate superioar a vieii i n acelai timpn armonie cu mediul.

Ecologia, azi, este descris ca o tiin nou care include i cerinele sociale,politice i economice. Aceast abordare este cerut deoarece populaia se confruntcu probleme ca: poluarea, suprapopularea i degradarea mediului. Secontientizeaz tot mai mult faptul c ecosistemul este unitatea de baz n ecologie,

c acesta include toate organismele i mediul lor, c acestea se intercondiioneazitrebuie s se menin ntr-un echilibru care s permit meninerea vieii.

1.3. Dezvoltarea ecologiei n Romnia

Conceptul de ecologie a fost pus n eviden n opera unor renumii botanitiprecum: D. Brndz, I. Prodan, Tr. S vulescu, Al. Borza, E. Pop i zoologi: Gr.

Antipa, E. Racovi, G. Bujorean, A. Popovici-Bznoanu, I. Borcea, C. Mota, n acror oper, conceptul de ecologie este pus n eviden10. Astfel:

Gr. Antipa a efectuat numeroase cercetri asupra Mrii Negre, a Dunrii i azonei inundabile. Opera lui a cuprins diversitatea factorilor abiotici i biotici,interaciunile dintre acetia, concepie ce l-a apropiat de noiunea ecologic de

,,sistem. n lucrarea ,,Organizarea general a vieii colective a organismelor imecanismul produciei n biosfer (1935) trateaz aspectele ecologice ale organizriivieii, analiznd laturile comune n concepia sistemic. Cercetrile sale constituie iastzi un model de aplicare n practic a datelor ecologice; ele au stat la bazaorganizrii pisciculturii moderne nu numai n Romnia ci i n alte ri. Poate fi

8Ecology and Environmental Education: Key Principles, EETAP Resource Library AdvancingEducation & Environmental Literacy, 2002, nr. 107.

9Hungerford, H. R., & Volk, T.L. (1991). Curriculum Development in Environmental Educationfor the Primary School: Challenges and Responsibilities. In H.R. Hungerford, Bluhm, EssentialReadings in Environmental Education. Illinios.

10Stugren, 1975, Ecologie general. Ed. Didactici Ped., Bucureti.


14/429

11

considerat un precursor al gndirii sistemice n Romnia, alturi de E. Racovii C.Motai un sprijinitor al ocrotirii naturii 11.

E. Racovi (1905, 1920, 1929) creaz biospelogia ca tiin a interrelaiilordintre organisme i mediul cavernicol. Avnd cunotine despre efectul activitiiomeneti asupra naturii este iniiator al unor aciuni de ocrotire a naturii i autor alcodificrii monumentelor naturii.

G. Bujorean elaboreaz prima lucrare romneasc de ecologie vegetalexperimental, privind succesiunea covorului vegetal (una dintre primele din lume),contribuind la dezvoltarea conceptelor de climax i serie (1930).

A. Popovici Bznoanu a susinut ideea de a urmri sistematica zoologic nuca un inventar, ci de a pune lumea animal n raport cu fenomenele ce se desfoarn mediul lor de via, de a cunoate ecologia acestora n toat complexitatea ei. Elintroduce n ecologie un volum mare de termeni, printre care termenul de biosken,ca unitate sinecologic elementar.

Alturi de aceti mari pionieri ai ecologiei i amintim pe: Al. Borza care aefectuat numeroase cercetri n ecologia vegetal; Tr. S vulescu s-a ocupat custudiul bolilor plantelor, ecologia agenilor patogeni; B. Stugren a elaborat primulmanual romnesc de ecologie; N. Botnariuc prin cercetrile sale a contribuit la

dezvoltarea teoriei sistemelor; A. Vdineanu a realizat o abordare nou a dezvoltriisocio-economice i a relaiei sale cu mediul nconjurtor, pornind de la uneleconcepte i interpretri teoretice cheie, derivate din baza teoretic a ecologieisistemice. Studiile ntreprinse de I.Puia i V.Soran dup anul 1975 aduc contribuiisemnificative la definirea obiectului i ariei de preocupri a ecologiei agricole, ladefinirea conceptelor de ecosistem agricol (agroecosistem) agroclimax, arie agricolminim, etc12.

1.4. Vocabular minim

Biotopul(grec. bios = via; topos = loc) reprezint un fragment de spaiupopulat i transformat de ctre fiinele vii. El este caracterizat de un complex de

factori de mediu, cunoscui sub denumirea de factori ecologici13

.11S. Cruu, V. Ghenciu, 1971, Pionieri ai ecologiei romneti, Ecologie i protecia ecosistemelor, p.

78.12chiopu D.,1997 Ecologiei Protecia Mediului. Ed. Ceres, Bucureti.13Clasificarea factorilor ecologici este relativ datorit complexitii formrii, aciunii i

interaciunii acestora. Astfel, factorii ecologici pot fi: a) factori fizici (abiotici) - de exemplu:factorii climatici; b) factori biotici de exemplu, pentru cartof: mana cartofului (Phitophtorainfestans) i gndacul din Colorado (Leptinotarsa decemlineata). Factorii fizici i cei biotici seinflueneaz reciproc i devin factori ecologici. Exemplu: clima este influenat de covorulvegetal, iar acesta la rndul lui este influenat de clim. Ca factori abiotici rmn numai energiaradiat de soare, gravitaia universal, mareele, factorii geotectonici (B. Stugren, 1975).Clasificarea lui P.D. laroenko (1967) deosebete patru grupe principale de factori ecologici i

anume: a) factori climatici, condiionai n special de fenomenele atmosferice; b) factori edafici,condiionai de substrat, de sol; c) factori biotici, condiionai de plante sau de gruprile lor i de


15/429

12

Fiecare biotop constituie suportul fizic al unei biocenoze specifice, binedefinite.

Justus von Liebig (1840) a lansat ipoteza c organismele vii sunt n generallimitate de ctre aciunea unui singur factor al biotopului care este insuficient ncomparaie cu necesitile acestora. Aceast afirmaie a condus la enunarea legiifactorului limitativ: rapiditatea sau amploarea de manifestare a proceselorecologice este condiionat de ctre factorul de mediu care este reprezentat n modnecorespunztor. La aceea dat s-a ncercat totodat s se determine acel factorcare limiteaz creterea i dezvoltarea speciilor. Ulterior, multe studii au relevatfaptul c acest concept este prea simplist. S-a demonstrat c distribuia i existenaspeciilor este determinat de un complex de interaciuni dintre mai muli factorifizico-chimici, interaciunea acestora crescnd sau diminund efectul cumulat alfiecrui factor considerat separat.

S-a artat apoi (Shelford, 1913) c un factor poate fi limitativ nu numaiatunci cnd se afl n cantitate prea mic, ci i dac este n cantitate prea mare.

Afirmaia a fost denumit: Legea toleranei (fig.1.1).Intervalul de valori cuprins n spectrul de variaie al factorilor abiotici, n care

speciile pot supravieui i persista este cunoscut sub denumirea de interval de

toleran, iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleran. ninteriorul intervalului de toleran exist o valoare optim la care metabolismulspeciei se desfoar n cele mai bune condiii (intervalul optim).

animale; d) factori antropici, condiionai de om. O alt clasificarea adoptat de R. Dajos (1978),care nu exclude interaciunile dintre diferiii factori ecologici grupeaz aceti factori astfel: a)

factori climatici (temperatur, lumin, umiditate relativ a aerului etc.); b) factori fizicineclimatici (factorii mediului acvatic, factori edafici); c) factori alimentari; d) factori biotici(interaciunile intraspecifice i interspecifice determinai (condiionai) de plante i animale; e)factorii antropici (condiionai de om) adugai de P. D. laroenko. Clasificarea luiMondchaski (citat de R. Dajos, 1978): a) factori periodici primari - determina i de periodicitateazi-noapte, succesiunea anotimpurilor etc; b) factori periodici secundari - consecina variaiilorfactorilor periodici primari; c) factori neperiodici - apar brusc: o grindin, o invazie de lcuste,aplicarea pesticidelor, poluanii etc.. Factorii periodici primari determin existena marilor zoneclimatice i, dependent de acestea, zonele de rspndire ale diferitelor specii. Ei nu intervin nreglarea numrului de indivizi, ci n delimitarea ariilor de rspndire a speciilor. In mediul abisal(la mari adncimi n mri i oceane) i n cel cavernicol (n peteri) variaia lor este atenuat saulipsete. Factorii periodici secundari modific abundena speciilor n interiorul ariei lor derspndire, dar influeneaz puin asupra ntinderii acestei arii.Factorii neperiodici intervin mai

ales n reglarea abundenei indivizilor pe o suprafa determinat. In general ei nu modific ariade rspndire i ciclul de dezvoltare al speciilor.


16/429

13

Fig.1.1. Legea toleranei

Biocenoza sau comunitatea (bios = via, koinos = comun) reprezint unsistem de indivizi biologici din diferite specii ataai unui biotop. Termenul debiocenoz a fost introdus de K. Mobius n anul 187714.

Biodiversitate- variabilitatea organismelor din cadrul ecosistemelor terestre,marine, acvatice continentale i complexelor ecologice; aceasta include diversitatea

intraspecific, interspecifici diversitatea ecosistemelor. Biomulreprezint o zon major de via care depinde de macroclim i

care cuprinde un complex de biotopuri i biocenoze (deert, step, pdurea dinzona temperat etc.).

14El definea biocenoza ca fiind ,,o grupare de fiine vii, corespunznd prin poziia sa, prinnumrul de specii i de indivizi, la anumite condiii de mediu, grupare de fiine legate ntre eleprintr-o dependen reciproci care se menin pentru reproducere ntr-un anumit loc n modpermanent. O contribuie important la definirea biocenozei o are N. Botnariuc (1967) carespune c biocenoza este ,,un al treilea nivel de organizare a materiei vii, ea aprnd astfel ca oform universal a materiei vii. N. Botnariuc i A.Vdineanu (1982) definete biocenoza ca

fiind,, un sistem supraindividual, ce reprezint un nivel de organizare al materiei vii, alctuit dinpopulaii legate teritorial i interdependente funcional.


17/429

14

Fig.1.2. Biosfera zonare verticali repartiia suprafeelor ocupate de marile salesubdiviziuni. ( Fr. Ramade,1974, Elements d'cologie applique)

Biosferaeste sistemul biologic global al Terrei (include partea inferioar aatmosferei, partea superioar a uscatului (litosfera - 148 Mio Km2) i hidrosfera -(369 Mio Km2 ), care prin structura sa biologic capteaz energia solar, oacumuleaz sub forma compuilor organici, interacioneaz cu crusta terestri altegeosfere, influennd structura acestora i determin fluxurile materiale i energeticede pe Terra (fig.1.2)15. Este un sistem cibernetic planetar, care prin numeroase feed-back-uri controleaz amploarea variaiilor de temperatur meninnd aproximativconstant compoziia i proporia gazelor n atmosfer, compoziia chimic a apeloroceanice, structura i caracteristicile solului.

15Noiunea de biosfer a fost dezbtut pentru prima dat de ctre Lamarck (1809) n lucrareaFilozofia zoologic. Ea a fost explicat mult mai trziu ntr-o carte despre formarea Alpilor dectre Suess (1875) i dezvoltat ulterior n lucrarea ,,Faa Terrei,, (1883). n anul 1907, filozofulfrancez Henri Bergson a introdus noiunea de biosfer n lucrarea ,,L'volution cratrice,,(Aeschimann, 1991). n anii urmtori, viziuni noi despre aceast noiune au avut savantul rus Vladimir Vernadscki care a publicat prima monografie despre biosfer n rus (1926) i nfrancez (1929) i Pierre Teilhard de Chardin (viziune antropocentric ). ntr-o perspectiv

sistemic, anumii ecologi prefer s utilizeze termenul de ecosfer (Cole. 1953) n locul celeuide biosfer.


18/429

15

Deteriorarea mediului presupune alterarea caracteristicilor fizico-chimice istructurale ale componentelor naturale i antropice ale mediului, reducereadiversitii sau productivitii biologice a ecosistemelor naturale i antropizate,afectarea mediului natural cu efecte asupra calitii vieii, cauzate, n principal, depoluarea apei, atmosferei i solului, supraexploatarea resurselor, gospodrirea i

valorificarea lor deficitar, ca i prin amenajarea necorespunztoare a teritoriului. Dezvoltarea durabil este acea dezvoltare care satisface cerinele prezente

fr a compromite generaiile viitoare, de a-i satisface propriile cerine. Echilibru ecologic - ansamblul strilor i interrelaiilor dintre elementele

componente ale unui sistem ecologic, care asigur meninerea structurii,funcionarea i dinamica armonioas a acestuia;

Fig. 1.3. Diagram simplificat a ecosistemului (dup Lebreton, 1978)

Sistemul de interaciuni complexe dintre specii i dintre acestea i mediueste numit ecosistem16(fig.1.3). Elaborarea acestei noiuni i introducerea ei n tiini aparine botanistului englez A.C.Tansley (1935). Ecosistemul este un sistemdeschis, cu o alctuire complex dat de cele dou subsisteme componente ianume biotopul (mediul fizico-chimic, abiotic) i biocenoza (totalitatea

vieuitoarelor, comunitatea de plante, animale, microorganisme care au ca suport unanumit biotop).

Un ecosistem poate fi simplu sau complex, n funcie de numrul de nieecologice n care organismele se pot dezvolta. Cu ct exist mai multe niespecializate cu att sistemul este mai complex. In general, sistemele cele maicomplexe se regsesc acolo unde factorii limitativi sunt mai puin numeroi, iarfluctuaiiile climatice sunt de mic amplitudine.

ecotipul sau rasa ecologic se caracterizeaz prin difereniereapopulaiilor n funcie de condiiile ecologice. De exemplu, n cadrul aceleiai specii

16S. Frontier (2004) apreciaz c n ecuaia: ,,ecosistem = biotop+biocenoz,, folosit ca definiie,semnul + evoc o ,,adiie,, sau o ,,juxtapunere,,, ceea ce nu rezult n realitate unde au locinteraciuni ntre specii, ntre specii i diversele elemente ale biotopului, precum i interaciuni

indirecte ntre speciile care se adapteaz la modificrile biotopului. Aceast soluie se regsete iteoria general a sistemelor.


19/429

16

de peti pot exista rase care se nmulesc aproape de suprafaa apei i rase careprefer pentru nmulire zonele adnci ale apei.

populaia local reprezint unitatea fundamental n cadrul speciei; eaeste o unitate neomogen ce prezint o serie de diferenieri gradate n interiorul ei:

ecoelementul reprezint componenta ecologic a populaiei locale; grupul morfobiologic n care se pot reuni categorii de indivizi

deosebii prin caracteristici morfologice; biotipul constituie cel mai simplu element de structur al populaiei;

cuprinde o serie de indivizi caracterizai printr-o anumit structurgenetic, care se deosebesc de ali indivizi prin cel puin o mutaie17.

Ecotonul reprezint o zona de tranziie dintre dou ecosistemecaracterizat printr-o mare diversitate.

Habitatuleste mediul pe care l ntlnete fiecare specie ntr-o comunitate,el fiind compus din mediul fizic, mediul chimic i mediul biologic (populaiilecelorlalte specii care alctuiesc biocenoza). Noiunea de habitat natural, aa cumeste definit n Directiva Habitate nr.92/43/CEE privind conservarea habitatelornaturale, a florei i faunei slbatice, se refer la zone terestre sau acvatice ce sedisting prin caracteristici geografice, abiotice i biotice, n ntregime naturale sau

seminaturale.Habitatele naturale i seminaturale, ntlnite la nivel naional caracterizeazmediul acvatic, terestru i subteran:

habitate acvatice habitate marine, costiere i de ap dulce; habitate terestre habitat de pdure, de pajiti i tufriuri, habitat de

turbrii i mlatini, habitat de stepi silvostep; habitate subterane habitat de peter.

Nia ecologicindic funcia unei specii, cmpul ei de activitate, relaiile cucomunitatea de specii.

Noosferaeste un termen utilizat de unii autori pentru a desemna biosferamodificat de om. Ali autori folosesc noiunea de tehnosfer, aceasta desemnnd obiosfer modern, n care numeroase ecosisteme naturale sunt mai mult sau mai

puin deteriorate sau nlocuite de ecosisteme agricole, urbane sau industriale. Populaiaeste constituit din totalitatea indivizilor unui specii care triesc

pe un teritoriu bine delimitat i care prezint caractere proprii (sau altfel spus,sistemul alctuit din indivizi de origine comun, din aceeai specie, care alctuieteo unitate funcionali reproductiv, ataat unui anumit biotop).

Sistemulreprezint un ansamblu de elemente unite prin diferite conexiunii care constituie un ntreg organizat ce funcioneaz cu o calitate proprie.

Speciaeste o unitate taxonomic fundamental a lumii vii, ce reprezintun nivel de organizare a materiei n care sunt integrate populaiile provenite dinstrmoi comuni, cu aceeai zestre ereditari caractere distincte.

17Petruta Cornea, 2004, Biologie generali evoluionism, Seria Biologie-Agricultur, p. 178.


20/429

17

22Teoria general a sistemelor

2.1. Concept

Teoria general a sistemelor a fost formulat de L.von Bertalanffy n lucrarea,,Biologie teoretic,, aprut n anul 1932. Sistemul este definit n ,,EnciclopediaUniversal1,, ca fiind ,,un ansamblu de fenomene i evenimente independente caresunt extrase din lumea exterioar printr-o aciune intelectual arbitrar, vizndu-setratarea acestui ansamblu ca un ntreg. Din aceast definiie rezult c niciunsistem real nu poate exista izolat, ci el trebuie s aparin unui sistem maicuprinztor n cadrul cruia are anumite atribuii. n literatur se gsesc numeroasedefiniii ale sistemului2.

N. Botnariuc i A. Vdineanu (1982)3 consider c sistemul reprezintansamblul de elemente identice sau diferite unite ntre ele prin cele mai diferiteconexiuni, care constituie un ntreg organizat ce funcioneaz cu o calitate proprie.

Noiunea de sistem are o mare importan pentru tiin. Prin comparareasistemelor se pot evidenia unele trsturi comune ale lor, trsturi ce ne permitnelegerea mai profund a modului n care sunt organizate, cum funcioneaz icare sunt relaiile dintre ele i mediul nconjurtor.

2.2. Clasificarea sistemelor

Din punct de vedere al relaiilor cu mediul, al schimbului de materie i/sauenergie, sistemele pot fi clasificate n trei categorii (I. Prigogine, 1955): izolate,nchise i deschise.

Sisteme izolate sunt acelea care nu realizeaz nici un fel de schimburi,materiale sau energetice, cu mediul nconjurtor. Ele sunt considerate sisteme idealei nu exist n natur.

Sistemele nchise sunt sistemele care realizeaz cu mediul doar schimburienergetice nu i materiale. Ele pot fi create n mod artificial, ca de exemplu:termosul, n care se pot pstra stabil anumite volume de lichid, fr modificricantitative dar cu schimbri ale temperaturii (pierderea cldurii iniiale daclichidul a fost cald, sau nclzirea acestuia, dac temperatura iniial a fost sczut).

Sistemele deschise sunt sistemele naturale, care au cu mediul attschimburi energetice ct i materiale. In grupul sistemelor deschise intr toatesistemele biologice i cele mai multe sisteme lipsite de via (o stnc, un motoretc.).

1

J. Hebenstreit, Principiile ciberneticii, vol. 5, 1985, p.909.2A se vedea, I. Puia i colab, 2001,Agroecologiei Ecodezvoltare; Ed. Academicpres, Cluj Napoca.3Ecologie, Ed. Didactici Pedagogic Bucureti, p. 19.


21/429

18

Sistemele biologice sunt sisteme deschise care se deosebesc de celeanorganice printr-o serie de nsuiri, dintre care unele sunt deosebit de importantedin punct de vedere ecologic. Dac n sistemele deschise anorganice schimburile cumediul nu implic transformarea condiiilor de mediu n factori specifici sistemului(un motor, de exemplu), n cele biologice, aceste schimburi reprezint o condiie

vital. Materialul intrat n sistem este transformat n condiii proprii ale sistemuluibiologic, acesta refcnd i nlocuind prile uzate i degradate.

2.3. Caracteristicile sistemelor biologice

Sistemele biologice prezint o serie de caracteristici generale care ledeosebesc de cele anorganice i anume: caracterul istoric, informaional,integralitatea, echilibrul dinamic, dependena de condiia iniial, programul,autoreglarea, autoorganizarea i autoreproducerea4.

Caracterul istoricPentru a se putea explica structura i organizarea unui sistem anorganic este

suficient s se cunoasc starea elementelor componente. De exemplu, pentru aexplica organizarea unei molecule oarecare este suficient s se cunoasc nsuirileatomilor componeni i legturile dintre ei.

n sistemele biologice ns, ntruct nsuirile unui organism reprezintrezultatul evoluiei, nu este suficient cunoaterea actual a elementelor, ci trebuiecunoscuti istoria sistemului luat n studiu (adic legturile lui de nrudire). Fiecareorganism conserv n patrimoniul su ereditar istoria populaiei din care face parte5.De exemplu, omologia membrelor unor mamifere (cum ar fi: aripa liliacului saupiciorul calului) poate fi explicat prin faptul c mamiferele respective descinddintr-un strmo comun. In acest fel, se poate spune c structura actual asistemului biologic (n exemplul dat, al mamiferelor), este rezultatul istoric alstructurii formei iniiale, de origine a grupului mai general din care face partesistemul dat (n cazul nostru, vertebratele)6.

nsuirile sistemelor sunt considerate ca eseniale n procesul evolutiv, ndinamica sistemelor biologice. O schimbare nesemnificativ a condiiei iniialepoate determina modificri importante ale sistemului.

De exemplu, depirea nivelului normal al concentraiei unor nutrieni (azot,fosfor) dintr-un lac determin apariia eutrofizrii; sub influena condiiilor demediu variabile, pot avea loc modificri ale compoziiei specifice anumitorbiocenoze (iniial a productorilor de substan organic, iar ulterior a ntregii reeletrofice).

4N. Botnariuc, 1999, op. citp.28.5

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


22/429

19

Caracterul informaionalSistemele biologice sunt sisteme informaionale care pot s recepioneze,

prelucreze i s acumuleze informaii primite din mediu, urmnd ca la rndul lor, nanumite momente, s transmit informaii ctre alte sisteme pentru o ct mai bunintegrare cu acestea, dar i pentru transformarea lor.

N. Wiener (1963), fondatorul ciberneticii, arat c ,,informaia apare ca onecesitate discontinu sau continu de evenimente msurabile, repartizate n timp.

Transmiterea informaiei se realizeaz prin succesiuni de semnale (evenimente). Unorganism (o populaie) poate recepiona i transmite informaii pe ci fizice (sunete,culori), chimice (miros, substane chimice din sol) i fiziologice (comportamentediferite, gesturi etc.). nregistrarea i transmiterea informaiei genereaz nsentropie (stare de dezorganizare a echilibrului ecologic). Aceasta deoarece proceselesunt legate de un substrat material (unde sonore, substane chimice) care serealizeaz cu o cheltuial de energie.

Fiecare sistem biologic nregistreaz informaia n modul su propriu,caracteristic. De exemplu, la indivizii biologici, o modalitate de transmitere ainformaiei ereditare este codul genetic, care const din succesiunea nucleotidelor

din macromoleculele acizilor nucleici; o populaie nregistreaz informaia printrsturile sale structurale (structura genetic pe vrste, sex, spaial, etc.),desfurnd o anumit activitate prin care modific ntr-un anume fel ecosistemuln care este inclus.

Cantitatea de informaie depinde de gradul de organizare al sistemului. Cuct un sistem este mai organizat, cu att el conine o cantitate mai mare deinformaie. Dar, ntruct sistemele biologice evolueaz n timp i cantitatea deinformaie crete (un organism tnr are o organizare i un grad de informaieinferior unuia adult). Pentru a se asigura conservarea sistemului, tendina generalcare se manifest n decursul evoluiei sistemului biologic este de a realiza cantitateaoptim de informaie i nu pe cea maxim.

Un rol important revine i fidelitii cu care este transmis informaia. Ea

poate fi afectat de erori determinate att de factori interni ct i de factori externi.Un mijloc de asigurare a fidelitii mesajului l constituie fenomenul de redundan.

Acesta const n transmiterea informaiei ntr-o form dezvoltat, precum i nrepetarea ei (de ex. caracterul dublu al garniturii cromozomice n celuleleorganismelor).W. Elsasser (1958) aprecia c ,,un mesaj este redundant cnd nu esten forma lui cea mai scurt. Potrivit principiului lui Dancoff ,,orice organism sauorganizaie care progreseaz prin evoluia competitiv se apropie de acest optim,adic el va comite cu att mai puine erori cu ct progreseazi folosete minimumde informaie redundant necesar spre a menine erorile la acest nivel. De aicirezult c nivelul informaiei redundante ntr-un sistem, trebuie s fie limitat, chiardac este un sistem cu un coninut enorm de informaie (fiina vie). Acest principiuare importan n special n dinamica i structura populaiilor. Redundana excesiveste inutil i chiar duntoare, pentru c duce la pierdere de energie i chiar laalterarea informaiei (de ex. poliploidia, suprapopulaia). Tendina sistemelor


23/429

20

biologice este de a realiza redundana optim, care s asigure fidelitatea necesartransmiterii informaiei cu minimum de pierderi.

Aceast nsuire este esenial pentru procesul de integrare al organismelor nmediul de via, avnd consecine la nivelul organizrii sociale, a relaiilor intra iinterspecifice, a relaiilor cu resursele mediului i condiiile de via7.

Integralitatea Aceasta este o trstur general a sistemelor deschise cu importan

deosebit pentru sistemele biologice. Ea arat c sistemul integrator posed nsuirinoi fa de cele ale prilor componente datorit numeroaselor conexiuni dintreacestea.

nsuirile sistemului nu se pot reduce la suma nsuirilor prilor luicomponente deoarece din interaciunea acestora apar trsturi noi ale prilor itrsturi proprii ale ntregului. De exemplu, o biocenoz are nsuiri diferite(productivitatea biologic ) de cele ale populaiilor componente; o populaie areanumite nsuiri (densitate, structur) pe care nu le are individul. Cauza difereneloro reprezint legturile diferite ale populaiei cu hrana, dumanii i factorii biologicidin cele dou ecosisteme etc. Acelai lucru putem afirma i despre sistemele

anorganice (apa are nsuiri cu totul diferite de ale hidrogenului i oxigenului care ocompun).n vederea persistenei lui n timp un sistem trebuie s-i pstreze

subsistemele componente. Lipsa unui subsistem, datorit interdependenelor,produce disfuncionaliti ale ntregului i chiar distrugerea lui. De exemplu, n cazulmajoritii funciilor unui organism: respiraie, termoreglare etc.

Studiind integralitatea unui sistem ne dm seama de importana consecinelormetodologice (rezultatele cercetrilor de laborator cu unele populaii trebuieconfruntate cu datele din teren pentru a avea o reprezentare ct mai corect)8.

Integralitatea, o dat realizat, poate deveni cauza unor noi diferenieri, carevor duce la creterea coninutului informaional al sistemului dat.

Integralitatea nu este la fel de dezvoltat n cadrul tuturor sistemelor

biologice. Ea este mai pronunat la organismele individuale, mai puin pronunatla populaii - se realizeaz ca urmare a diferenelor morfo-funcionale icomportamentale intrapopulaionale (ntre diferite grupri din structura populaiei)i prin schimburi informaionale ntre indivizi rezultnd coeziunea, dar iindependena indivizilor aparinnd unei populaii i scade la nivelul biocenozei.

Dezvoltarea integralitii coincide cu creterea organizrii sistemului i are caefect i, sporirea eficacitii autocontrolului i echilibrului su dinamic9.

7Petrua Cornea, op. cit, p. 22.8

N. Botnariuc, 1982, op. cit., p.21.9Gh. Mohan, A. Ardelean, 1993, Ecologie i protecia mediului. Manual pregtitor. Ed.Scaiul Bucureti, p. 11-12.


24/429

21

ProgramulConst n reaciile unui sistem biologic de-a lungul evoluiei lui la diferite

condiii de mediu. Structura unui sistem biologic nu este rigid. Un programreprezint o stare posibil a unui sistem biologic ca urmare a schimbrilorintervenite n mediul cu care este n contact. Aceast trstur este legat densuirile structurale, funcionale i comportamentale ale sistemului biologic care sepot modifica ntre anumite limite i care permit realizarea unor stri diferite.

ntruct orice sistem biologic are mai multe stri posibile putem spune c arela fel de multe programe. Dar, se realizeaz numai acele programe pentru careexist condiii de mediu potrivite10. De exemplu, seminele n condiii de uscciunese menin n stare de repaus, iar n condiii de umiditate, germineaz.

n orice sistem exist o ierarhie de programe. Ele au fost clasificate astfel(Amosov11): programe proprii sau pentru sine adic strile structurale care asigur

autoconservarea sistemului dat. Exemple n acest sens sunt: programele careasigur absorbia apei i a elementelor nutritive, sintetizarea substanelororganice de ctre plante; un organism ce face parte dintr-o populaie posed

o serie de instincte i reflexe de aprare, de asigurare a hranei etc. programe inferioare programele subsistemelor componente ale

organismului. De exemplu, n cazul unei celule - programele organitelorcelulare, al amiloplastelor; n cazul unui organism - programele celulelor,esuturilor i organelor.

programe superioare reflect rolul, funcia unui subsistem dat nasigurarea existenei sistemului superior n care este integrat. Exemplu programele ce asigur reproducerea i nmulirea plantelor sau animalelor.Programele sistemelor biologice pot fi modificate ntr-o oarecare msur n

sensul dorit de om. Exemple: domesticirea animalelor, cultivarea plantelor,orientarea metabolismului n anumite direcii etc.

Echilibrul dinamicEste o stare caracteristic a sistemelor biologice i reprezint o consecin a

nsuirii fundamentale a sistemelor deschise de a ntreine un permanent schimb desubstani energie cu sistemele nconjurtoare. n cazul sistemelor anorganice nuputem vorbi despre un echilibru dinamic. Conservarea lor n timp depinde degradul lor de izolare fa de sistemele nconjurtoare.

Spre deosebire de acestea, sistemele biologice i au existena condiionat demeninerea relaiilor materiale, energetice i informaionale cu mediul. Ele aucapacitatea de autorenoire (premisa dezvoltrii i a evoluiei), dar i pstreazindividualitatea determinat genetic, realiznd un echilibru dinamic ntre stabilitatei schimbare. Sistemele biologice, pe seama surselor de energie exterioare

10D. chiopu, 1997, op.cit., p.18.11Citat de N. Botnariuc, A. Vdineanu, 1982, op. cit, p. 23.


25/429

22

sistemului, au capacitatea de a rezista n mod activ la varia iile necontrolabile alemediului ambiant, de a compensa creterea entropiei i de a o depi (au uncomportament antientropic, care permite de exemplu, creterea cantitii desubstan organic, realizarea produciei biologice). In cazul nivelului populaional,se remarc un echilibru dinamic n privina numrului indivizilor dintr-o populaie,a structurii genetice, pe vrste, sexe etc., cu creteri sau scderi dependente decondiiile de mediu, ce oscileaz n jurul valorii ideale (raport ntre numrul deindivizi nivelul sursei de hran dimensiunea spaiului ocupat).

Eterogenitatea internSistemele biologice nu sunt omogene ci sunt alctuite din elemente mai mult

sau mai puin diferite. Evoluia lor implic creterea complexitii i deci aeterogenitii lor interne.

Cu ct sistemul este mai complex cu att exist mai multe conexiuni ntresubsistemele componente i crete stabilitatea lui. Dar, n acelai timp, crete i

vulnerabilitatea acestuia, n sensul c deteriorarea unui subsistem produceperturbri ntregului (crete complexitatea crete numrul de subsisteme cresc punctele vulnerabile (N. Botnariuc, 1982).

n concluzie, exist un anumit grad de eterogenitate (optim) spre care tindeorice sistem biologic, care i permite conservarea lui n timp.

AutoreglareaMeninerea sistemelor biologice este posibil numai dac acestea pot s

controleze procesele lor interioare, contracarnd aciunea mediului, care aretendina s dezorganizeze sistemul. Ex.: - densitatea la gru se realizeaz prinnfrire. Constituirea genofondului unei specii este un proces lent determinat deautoreglare i adaptare.

Sistemele biologice sunt sisteme cibernetice (fig. 2.1). De aceea, orice sistemeste organizat ntr-un mod care s-i permit: recepia informaiei; circulaia, acumularea i prelucrarea informaiei; selecia rspunsului; efectuarea rspunsului sistemului fa de stimuli.

Fig. 2.1. Schema unui sistem autoreglabil


26/429

23

Funcionarea coordonat a sistemelor biologice se bazeaz pe existenaconexiunii inverse (a feedback-ului fig. 2.2), prin care valoarea rspunsului estecomunicat la dispozitivul receptor i apoi la centrul de comandi este comparatcu comanda emis. Astfel, dac ntre aceast valoare i comand exist o diferen(situaie care se ntmpl de obicei) ea se transform ntr-o nou comand caredetermin un nou rspuns .a.m.d.

Conexiunea invers poate fi dou tipuri: negativi pozitiv.Cea mai rspndit modalitate de autoreglare este conexiunea invers

negativ care are efect stabilizator asupra sistemului. Prin aceasta se reduc efecteleperturbrilor, adic depirea unui anumit prag al variaiei parametrilor de stare aisistemului. De exemplu, un model simplu de realizare a conexiunii negative estereprezentat de termostat: creterea valorii temperaturii determin oprirea curentuluipn la restabilirea temperaturii potrivite. Alte exemple: un animal homeoterm, lascderea temperaturii, va rspunde printr-o modificare a mecanismului fiziologic determoreglare, iar dac acest mecanism este suprasolicitat i este insuficient, recurgela gsirea unui adpost sau la gruparea cu ali indivizi, limitnd astfel pierderile decldur.

Fig. 2.2. Reprezentarea simplificat a sistemului de reglare feedback ntre diferiteleniveluri de organizare (intensitatea culorii indic tria interaciei)

In cazul feed-back-ului pozitiv, rspunsurile sistemului sunt permanentamplificate. Fr existena unor mecanisme reglatorii, un asemenea tip deautoreglare ar putea duce la autodistrugerea sistemului, deci la schimbarea profunda strii lui. Exemple: n timpul naterii la mamifere are loc o eliberare mare de ocitocin, au loc

contracii puternice care, la rndul lor determin o sporire a niveluluihormonului respectivi apoi din nou a contraciilor. Procesul are loc pn la


27/429

24

expulzarea ftului i puin dup aceasta, dup care nivelul ocitocinei scade, caurmare a interveniei unor mecanisme suplimentare12;

aprovizionarea n exces cu azot a plantelor, n condiii favorabile deumiditate, determin creterea suprafeei foliare, creterea posibilitii deasimilare, crete masa vegetal, lucru ce poate implica pierderea rezistenei laboli a plantei, rezistena la cdere etc.n realitate, n cadrul sistemelor biologice feed-back-ul pozitiv este cuplat cu

feed-back-ul negativ, ceea ce asigur realizarea echilibrului dinamic. n acest felfuncioneaz sistemul de meninere a parametrilor mediului intern de la om(temperatura corpului, concentraia de glucide, presiunea sngelui, valoarea pH,etc.).

Autoreglarea evideniaz comportamentul activ al unui organism fa devariaiile mediului: el alege activ hrana, cauti i face adpostul, evit dumanii sause lupt cu ei, apr descendenii alege mediul cu condiiile favorabile etc.

Procesul de autoreglare se manifest i n cazul sistemelor biologicesupraindividuale (populaie, biocenoz, biosfer ), el conducnd la meninereasistemului respectiv n condiii specifice de mediu. De exemplu, n cazul uneibiocenoze de pdure, un factor perturbator poate fi constituit de nmulirea

exagerat a insectelor defoliatoare. Dac acest factor nu ar fi contracarat, existenantregului ecosistem ar fi pus sub semnul ntrebrii. Refacerea echilibrului normaldintre speciile biocenozei se realizeaz, de exemplu, prin intervenia psrilorinsectivore (prin nmulirea lor).

Autoreglarea la nivel populaional este mai puin prompti eficient dect laindividual. Se realizeaz prin diferite mecanisme de feed-back intrapopulaional icu mediul. Se refer mai ales la caracteristicile populaionale ce in de ratareproducerii, nivelul numeric al populaiei, densitatea, dinamica n timp, structurape vrste, raportul dintre sexe, etc.

Feedbefore13 este un mecanism de anticipare, de prevenire.De exemplu: vzul permite orientarea n timpul micrii i prevenirea

accidentelor; puii de cucuvele sunt hrnii cu cantiti de prad ce scade de la puiul

mare la cel mai mic. ansa de supravieuire scade n acest sens rezultnd prevenireasuprapopulaiei cu rpitoare care ar duce la riscul dispariiei speciei ce constituieprada; procesele de organogenez la gru; cderea fiziologic a fructelor etc.

AutoorganizareaReprezint capacitatea sistemelor de a realiza o anumit structur prin

acumularea de informaie. De exemplu, dirijarea elaboratelor n cadrul organismuluipentru formarea, creterea sau ntreinerea esuturilor sau organelor.

12Cornea Petrua, 2004, op. cit., p. 23.13

Guzman T.P.D, Reflexivity and feed-before: from sociology to systemics, Kybernetes: TheInternational Journal of Systems & Cybernetics, Volume 26, Number 67, 1997 , pp. 751-768(18).


28/429

25

n ecosistemele agricole se poate interveni prin tierile de formare i rodireaplicate pomilor care i vor dirija substanele elaborate n modul dorit de om; sauprin folosirea substanelor de cretere sau inhibitoare (D. chiopu., 1997) etc.

AutoreproducereaAutoreproducerea este mecanismul prin care un sistem genereaz alt sistem

de configuraie asemntoare.Din punct de vedere ecologic autoreproducerea este o funcie esenial a

populaiei. Este unitatea reproductiv elementar deoarece numai la nivelul ei sepot asigura celelalte trsturi necesare pentru asigurarea supravieuirii populaiei.

2.4.Ierarhia sistemelor biologice

Un concept important n biologie este acela c organismele sunt formespeciale de organizare a materiei care interacioneaz cu mediul nconjurtor la maimulte niveluri. De aceea atunci cnd cutm rspunsuri la o problem particularputem s o abordm la diferite niveluri simultan. Astfel, trebuie s nelegem, pe deo parte, att moleculele din care sunt constituite organismele vii ct i modul n careacestea sunt ncorporate n celule, cum funcioneaz esuturile, organele sausistemele din care sunt alctuite acestea, iar pe de alt parte, cum populaiile iecosistemele sunt afectate de modificrile la nivelul unui organism individual.

Problema structurii ierarhiilor biologice este preocuparea unui numr marede biologi: Bertalanffy, Botnariuc, May Laslo, etc. (Botnariuc, 1999). Nivelurilecuprinse n ierarhie pot fi niveluri de integrare (cuprind sisteme vii i nevii -molecule, atomi) sau de organizare (fig.2.3).

Ierarhia organizatoric (sistemic) - reprezint ierarhia nivelului de organizarea materiei vii. Pentru a defini noiunea de nivel de organizare au fost propuse maimulte criterii: sistemele biologice aparinnd unui nivel trebuie s fie echivalente din punct

de vedere organizatoric,

s aib caracter universal, s fie capabile de existen de sine stttoare.


29/429

26

Fig. 2.3. Ierarhia sistemic

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


30/429

27

Pornind de la criteriile enunate pot fi deosebite urmtoarele tipuri deniveluri de organizare (fig. 2.4):

1.Nivelul individual, care include toate biosistemele reprezentate deorganismele animale sau vegetale, toi indivizii biologici, indiferent de gradullor de evoluie.

2.Nivelul populaional, cuprinde totalitatea populaiilor.3.Nivelul biocenotic, reprezentat de comuniti de plante i animale

(biocenoze), care se comport ca sisteme biologice complexe.4.Nivelul biomic, care cuprinde biocenoze similare ca aspect i care corespund

unor condiii abiotice asemntoare, determinate de zonele de latitudine aleTerrei.

5.Nivelul biosferei, reprezentat de ansamblul vieii pe Pmnt, adic desistemul biosferei.

Nivelul individualeste reprezentat prin organisme individuale. Individulbiologic reprezint forma elementari universal de existeni organizare a lumii

vii. Sistemele ce intr n alctuirea unui organism individual constituie ierarhiasomatic. n ierarhia somatic sunt integrate att sisteme lipsite de via ct isisteme vii, alctuind ceea ce se numete nivel de integrare (Botnariuc, 1999).

La nivelul acestui biosistem se manifest legea specific organismuluibiologic i anume, metabolismul, care n esen este procesul prin care materiaptruns n organism este transformat de ctre acesta n substan proprie idatorit cruia individul biologic poate exista, se dezvolta i crete. O alt nsuirespecific nivelului individual este legat de ereditate i variabilitate.

Nivelul populaiei (al speciei) este sistemul supraindividual, infraspecific carepoate exista, de sine stttor, timp nedeterminat. Populaia este forma elementarde existen a speciei (specia este reprezentat de cel puin o populaie n condiiinaturale) i reprezint unitatea elementar a evoluiei i obiectul principal alseleciei.

Procesul caracteristic al populaiei l reprezint relaiile intraspecifice(intrapopulaionale), contradictorii i unitare n acelai timp, care determin

organizarea i funcionarea sistemului n cadrul ecosistemului (Botnariuc, 1999).Dei populaiile sunt unice ntr-un anumit sens, ele au caracteristici generale,diferite de ale indivizilor care intr n componena lor cum sunt: anumite relaii cese stabilesc ntre indivizii aceleiai populaii (relaii intraspecifice), o anumitstructur a efectivului populaiei (structura de sexe, structura de vrste), un mod defuncionare specific, o anumit durat de activitate (longevitate specific). La nivelulpopulaiei se manifest selecia natural i deci adaptarea speciilor la fluctuaiilefactorilor de mediu. De asemenea la nivelul populaiei se manifest tendinadispersiei indivizilor din zonele cu densitate crescut spre locaii cu o mai micdensitate. O alt caracteristic a populaiei este aa numita capacitate de suport, ceeareprezint de fapt media numrului maxim de indivizi pe care o populaie l poateatinge n anumite condiii date.

Nivelul biocenoticcuprinde totalitatea populaiilor ce interacioneaz iformeaz un ntreg la nivelul unui anumit teritoriu specific numit biotop.


31/429

28

Procesul caracteristic, contradictoriu i unitar, al ecosistemului estereprezentat de relaiile interspecifice, relaii care sunt de obicei complementare dinpunct de vedere funcional (productori primari, consumatori, descompuntori).Ecosistemul reprezint mediul care genereaz selecia natural i n care sedesfoar evoluia populaiei. La nivelul biocenozei, ca rezultat al relaiilor dintrespecii sau populaii ale diferitelor specii, se manifest o alt caracteristic a acestuitip de sistem biologic i anume productivitatea biologic.

Nivelul biomiloreste alctuit dintr-un complex de ecosisteme diferite careocup un teritoriu geografic ntins n anumite zone climatice ale globului.Influenai de latitudinea i altitudinea geografic, de temperatur i regimulprecipitaiilor, biomii teretri sunt diferii i includ variate tipuri de pduri, ntinderiierboase (step, savana,tundr etc.) i zone deertice. Aceti biomi includ deasemenea comunitile specifice bazinelor acvatice incluse (lacuri, bli, mlatini,zone umede).

Diversitatea speciilor de animale, precum i a speciilor vegetalesubdominante, care sunt de regul caracteristice fiecrui biom, este controlat decondiiile de mediu i de productivitatea vegetaiei dominante. La nivelul biomilorpot fi observate adaptarea speciilor i specializarea nielor trofice.

La unii biomi (deert, ocean, tundr), factorii fizici (presiunea i temperaturasczut, precipitaiile) sunt cei care controleaz biocenoza i determin stabilitateantregului biom (vezi cap.10).


32/429

29

33Surse de energie

Toate organismele depind de aportul energetic (provenit de la soare sau dinmoleculele cu energie nalt ), de disponibilitatea apei i a nutrienilor pentrumetabolism i dezvoltare. Cu excepia ctorva ecosisteme (unele peteri, sistemehidrotemale de mare adncime) n care energia solar nu este principala surs deenergie ntreaga energie utilizat de organismele vii provine (ori a provenit odat)de la soare. Chiar combustibilii fosili crbunii, petrolul i gazele naturale - pe carese bazeaz astzi economia civilizaiei moderne sunt de fapt rezerve de energiesolar captati depozitat n fosilele organismelor ce au trit cu milioane de ani nurm.

Fig. 3.1. Bilanul radiaiei solare. (http://www.eoearth.org)

3.1. Radiaia solar

Principala surs de lumin i energie termic pentru ecosistemele naturaleeste reprezentat de radiaia solar (fig. 3.1). Energia emis de Soare este n jur de73,5 x 106 Wm-2 din carePmntul primete numai 0,0005%.

Radiaia solar are lungimi de und cuprinse ntre 1 (Angstrom, 1 = 10-10m) i civa kilometri (n cazul undelor radio lungi). Radiaia solar care ajunge lalimita superioar a atmosferei este n principal de und scurt (0,25-4m)- (aprox.99%). Din aceasta, aproximativ 9% reprezint radiaie situat n domeniul


33/429

30

ultraviolet, 42% n domeniul vizibil, iar 48% n domeniul infrarou.Lumina vizibil, perceptibil de organele de sim ale organismelor este numai

o fraciune din spectrul larg al radiaiei electromagnetice care include undele radio,microundele, radiaiile infraroii, lumina vizibil, radiaiile ultraviolete, radiaiile x iradiaiile gamma (fig. 3.2)

Fig.3.2. Tipuri de radiaii electromagnetice i domeniul lungimilor de undcaracteristice (http://www.physicalgeography.net)

Energia solar parcurge spaiul sub form de cuante de energie numitefotonicare interacioneaz cu atmosfera i suprafaa pmntului. Cantitatea de energiesolar care ajunge n straturile superioare ale atmosferei este de 2 calorii/cm2/minut(constanta solar ). Aceasta variaz n funcie de latitudine (n zonele nordice intre40-50 kcal/cm2/an, n cele temperate 80-100, iar n deerturile tropicale peste 200kcal/cm2/an, n zona Deltei Dunrii 130 kcal/cm2/an), altitudine (la fiecare 1000m intensitatea radiaiei solare incidente crete cu 5-15%, n funcie de mai mulifactori), anotimp, expunere, pant etc.

Energia solar care ajunge la nivelul suprafeei Pmntului este mai redusdect valoarea constantei solare datorit absorbiei i dispersiei acesteia, ca urmare ainteraciunii fotonilor cu atmosfera terestr. La suprafaa scoarei terestre energiasolar are valoarea medie global de 1,6 cal/cm2i pe minut.

La traversarea atmosferei terestre, radiaia solar sufer modificri cantitativei calitative datorit fenomenelor de absorbie i difuzie. Intensitatea acestorfenomene este proporional cu parcursul prin atmosfer care depinde de unghiulde nlime al Soarelui.

O prim modificare pe care radiaia solar o sufer este datorat absorbieiselective de ctre gazele i vaporii de ap din atmosfer. Din punct de vederecantitativ se remarc absorbia datorat vaporilor de ap la 1100, 1400, 1600 i 1900nm; absorbia radiaiilor solare cu lungimi de und mai mici de 300 nm de ctre

ozon (care asigur protecia organismelor vii mpotriva radiaiilor UV); absorbiaradiaiilor cu lungimile de und de 2750, respectiv 4250 nm datorat prezenei CO2


34/429

31

i a celor cu lungimi de 690 i 760 nm de ctre O2.Difuzia atmosferic este datorat interaciunii radiaiei solare cu moleculele

constituenilor atmosferici i cu aerosolii aflai n suspensie n aer i are ca rezultatmodificarea compoziiei spectrale a radiaiei solare ce traverseaz atmosfera1.

Radiaia net i componentele sale variaz n cursul unei zile. Astfel, ziua,bilanul este pozitiv, ceea ce determin acumularea de cldur n sol, n timp cenoaptea, bilanul este negativi ca urmare solul se rcete. Valoarea radiaiei neteeste condiionat de starea suprafeei solului.

La nivelul zonelor acvatice, energia solar total incident la suprafaa apeiare o valoare medie estimat de 1,4 1012 calorii/ minut. Din aceast energie, ocantitate variabil ntre 3% i 40% este reflectat de suprafaa apei, n funcie deunghiul de inciden (50, respectiv 5) dar i de prezena valurilor la suprafaaluciului de ap (fig.3.3).

Fig. 3.3. Influena unghiului de inciden cu suprafaa apei asupraabsorbiei/reflexiei radiaiei solare (sursa: S. Frontier, op. cit., p.29)

Apa absoarbe lumina n mod diferit, n funcie de lungimea de und aradiaiei solare. Radiaiile din sectorul rou al spectrului solar sunt absorbite mairapid, n timp ce radiaiile din sectoarele albastru i verde penetreaz orizonturi maiprofunde.

Radiaiile verzi ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate deplante n cadrul fotosintezei clorofiliene. De aceea, n mri i oceane, norizonturile la care ptrund aceste radiaii, plantele acvatice (de genul algelor roiicare pot fi prezente pn la adncimi de 500 m) utilizeaz un pigment diferit declorofil denumitficoeritrin.

Cantitatea i calitatea radiaiei luminoase care ptrunde n ecosistemeleacvatice este diferit n funcie de intensitatea fenomenelor de reflecie, refracie,absorbie i dispersie. Din acest motiv, transparena apei are un rol deosebitdeoarece valoarea acesteia condiioneaz adncimea maxim la care lumina solar

1 Ileana Fulvia Sndoiu, 2000,Agrometeorologie, Ed. Ceres, 2000, p. 39.


35/429

32

poate fi utilizat de ctre plante n procesul de fotosintez2.n apele cu transparena pn la 1 m ptrunde 5% - 10% din totalul energiei

solare incidente la suprafaa apei, iar la adncimea de 2 m cantitatea de energie careajunge la acest orizont acvatic reprezint numai 0,003 0,01 cal/cm2i minut (fig.3.43)

Fig. 3.4. Spectrul luminii subacvatice msurat n zona subtropical a OceaanuluiPacific, apele de coast ale Mrii Baltice i ntr-o turbrie.

a-c spectrul radiaiei subacvatice ne arat c lumina albastr ptrunde foarte adnc n apele oceanului,lumina verde ptrunde la mare adncime n Marea Baltic, n timp ce lumina roie prevaleaz n turbrie.

d fitoplanctonul prelevat de la 120 m adncime din Oceanul Pacific este dominat de Prochlorococcus,adaptat la ntneric care absoarbe puternic lumina albastr utiliznd divinil clorofila a i b (maximul absorbiei la 450-500 nm);

e fitoplanctonul prelevat de la adncimea de 2 m din Marea Baltic este dominat de cianobacterii careabsorb puternic lumina verde utiliznd ficoeritrin;

f fitoplanctonul prelevat de la 75 cm adncime din turbrie, dominat de cianobacterii verzi care absorbputernic lumina roie (maximul absorbiei ficoceanin la 635 nm, clorofila a la 680 nm).

2Pentru determinarea transparenei apei se utilizeaz n mod frecvent un instrument simplu darfoarte eficient pentru analize de rutin denumit discul lui Secchi, care const ntr-un disc deculoare alb, suspendat de un cablu prin intermediul cruia poate fi cobort n ap la diferiteadncimi

3

Maayke Stomp1, Jef Huisman, Lucas J Stal and Hans CP Matthijs, Colorful niches ofphototrophic microorganisms shaped by vibrations of the water molecule, WinogradskyReview, The ISME Journal (2007) 1, 271282.


36/429

33

3.2. Aciunea biologic a luminii

3.2.1. Fotosinteza

Din radiaia global numai o mic parte este utilizat n fotosintez (cantitimari din radiaia global sunt implicate n procesele de reflexie, absorbie i nschimburile termice i convective). Fotosinteza este un proces metabolic

fundamental pentru organismele vii4

. Capacitatea fotosintetizant se ntlnete lanumeroase organisme att procariote ct i eucariote. Eucariotele fotosintetizanteinclud nu numai plantele verzi superioare ci i algele multicelulare verzi, brune iroii, ct i euglenoidele, dinoflagelatele i diatomeele.

Energia solar este sursa direct de energie pentru plantele verzi i pentruali autotrofi fotosintetizani i surs indirect de energie pentru toate organismeleheterotrofe, prin aciunea lanurilor trofice ale biosferei. n acest proces energialuminoas se transform n energie ,,biochimic,, - ATP care este apoi folositpentru producerea moleculelor organice complexe de tipul glucozei din CO2i ap.Moleculele organice sunt folosite ca surs de energie n procesul de respiraie.

Procesul de fotosintez (la plantele superioare) poate fi sintetizat sub formaecuaiei:

h + 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2

Fotosinteza poate fi mprit n 3 mari etape5.(fig.3.5)1. Captarea energiei luminoase. Energia necesar realizrii acestei

biosinteze este furnizat de ctre fotonii solari6, captai de ctre clorofil i ali

4 Mai mult de jumtate din ntreaga fotosinteza de pe planet se realizeaz n oceane de ctrefitoplanctonul (A. Lehninger, 1987, p. 549).

5 E. Ross, 2002 Concepts in Biology, 10th ed., McGraw-Hill, p. 112.6 Coninutul de energie al unui foton este reprezentat prin h, n care h este constanta lui Planck

(1,58x10-34 calxs) i este frecvena radiaiei. Energia n kilocalorii a 1 enstein, E, adic 1,0 molde lumin, coninnd 6,023x 1023 cuante, este dat de formula: E28600/lungimea de und(mn). n domeniul vizibil 1 einstein transport o energie - ntre 40 i 72 kcal, n funcie delungimea de und a luminii. Fotonii cu lungime de und mic, din regiunea ultraviolet aspectrului, au cea mai mare energie. Cantitatea de energie a unui mol" de fotoni, indiferent delungimea de und, este cu mult mai mare dect energia necesar pentru sinteza unui mol deATP din ADP i fosfat, care este 7,3 kcal n condiii termodinamice standard. Capacitatea uneisubstane de a absorbi fotoni depinde de structura sa atomic i n mod deosebit dearanjamentul electronilor din jurul nucleului atomic. Spectrul de absorbie al unui compus aratcapacitatea sa de a absorbi lumina ca o funcie a lungimii de und. Cnd un foton se lovete deun atom sau o molecul care absorb lumina la o anumit lungime de und, energia esteabsorbit de unii dintre electroni, care sunt astfel ridicai la nivele mai nalte de energie; atomulsau molecula se gsete atunci ntr-o stare excitat. Numai fotonii cu o anumit lungime de undpot excita un atom sau o molecul dat, deoarece excitarea moleculelor nu este continu ci

cuantificat; energia luminoas se absoarbe numai n poriuni discrete numite cuante. Excitaiaunei molecule de ctre lumin este foarte rapid, avnd loc n mai puin de 1015 s. Moleculaexcitat poate suferi dou transformri. Ea se poate ntoarce la starea de energie joas sau starea


37/429

34

pigmeni fotosintetizani (carotenoizii galbeni, roii sau purpurii precum ificobilinele albastre sau roii).

Fig.3.5. Procesul de fotosintez (Sursa: E Ross, 2002)

2. Reacii dependente de lumin. Reaciile dependente de lumin sedesfoar n tilacoidele cloroplastelor. Aici este utilizat energia din radiaiileluminoase pentru fotoliza apei. Electronii i protonii rezultai sunt folosii pentrusinteza unei substane puternic reductoare (NADPH+H+ ), iar energia produsprin transportul protonilor, prin pompa de protoni, este folosit pentru biosinteze

ATP-ului. Acesta acumuleaz energia biochimic n legturile macroenergetice.

H2O + NADP+ NADPH + H+ + 1/2 O2

3. Reacii independente de lumin. Faz enzimatic (de ntuneric) a

de baz, cu emisia simultan sub form de lumin sau cldur a energiei absorbite n timpulexcitrii. Emisia de lumin de ctre moleculele excitate se numete fluorescent. Stingereafluorescenei moleculelor excitate, care este complet n aproximativ 10-8 s, are loc la o lungimede und mai mare dect cea a lungimii de und care a produs excitaia. Molecula excitat poate

avea nsi o alt soart; datorit strii sale bogate n energie, ea poate reaciona uor cu o altmolecul, ntr-o astfel de reacie fotochimic, molecula excitat poate ceda un electron celeilaltemolecule cu care reacioneaz (A. Lehninger, Biochimie, Ed. Tehnic, 1987).


38/429

35

fotosintezei (ciclul Calvin) se desfoar n stroma cloroplastelor7 i poate fimprit n 3 etape distincte: un compus cu 5 atomi de carbon-ribulozo-1,5difosfai (RUDP) fixeaz o molecul de bioxid de carbon i una de ap n prezenaenzimei de mai sus (ribulozo-1,5 difosfat-carboxilaz ). Rezult compuiintermediari din care se formeaz 2 molecule de acid-3 fosfogliceric (PGA). Are locfosfosilarea acidului 3-fosfogliceric, n prezena ATP-ului i formarea acidului 3-difosfogliceric. Acesta este redus la aldehid fosforic i dioxiacetonfosfat. Din 6molecule de aldehid fosforic, una este pus n libertate, iar 5 molecule suntfolosite pentru regenerare RUDP. Molecula de aldehid fosfogliceric, pus nlibertate, poate fi utilizat n cloroplast sau n citoplasm, pentru biosintezaglucozei, fructozei, a zaharozei i a unor aminoacizi. Ea catalizeaz, deci, procesulde evoluie al glucozei spre forme mai evoluate ale materiei organice, constituind aldoilea pas major de creare a inputurilor organice n biosfer.

Fraciunea din energia solar utilizat n fotosintez este de numai 1% pentreg ciclul de vegetaie al unei culturi, 2-3% n faza activ de cretere i 45%, dacse efectueaz determinri pe intervale de timp foarte scurte, de ordinul orelor i nu seia n consideraie respiraia nocturn8.

Se estimeaz c, prin procesul de fotosintez al plantelor i

microorganismelor se transform n energie chimic circa (3-6)x1017

kcal/an, adicun total 0,03 % din energia solar ce ajunge pe Pmnt. Numai o mic parte dinaceast energie este folosit de om: aproximativ 8x1015 kcal/an sub form declduri cam 41015 kcal/an sub form de hran.

3.2.2. Rspunsul organismelor la stimulul luminos

Plantele reacioneaz diferit la compoziia luminii, intensitatea luminoas idurata de iluminare.

Lumina joac un rol nsemnat n procesele de cretere i dezvoltare alplantelor. Procesul de fotosintez este influenat att de absorbia radiaiei solaredin domeniul 400-700 nm ct i de repartiia radiaiei n interiorul covorului vegetal.

Vegetaia se comport diferit n funcie de lungimea de und: reflectana frunzelor este sczut n domeniul vizibil (0,4-0,7m), ceamai mare parte din radiaia incident este absorbit de pigmeniiclorofilieni i carotenoizi din frunze;

n domeniul infrarou (0,7-1,3 m) absorbia datorat pigmenilorfrunzei este foarte slab;

n domeniul infrarou mijlociu (1,3-2,5 m) proprietile optice suntdeterminate de coninutul n ap al frunzelor, fiind cunoscute benzilede absorbie ale apei situate la 1,45, 1,95 i 2,50 m.

7n celulele eucariote, aparatul fotosintetizant este localizat n cloroplaste. Bacteriilefotosintetizante i algele verzi-albastre, care sunt organisme procariote, sunt lipsite ns de

cloroplaste. Componentele moleculare ale sistemului receptor de lumin sunt localizate fie nmembrana celular, fie n structuri veziculare numite cromatofori.8Ileana Fulvia Sndoiu, op. cit., p. 54.


39/429

36

Fig.3.6 Comportarea structurilor vegetale fa de lumina soarelui

La nivelul covorului vegetal o parte din radiaiile solare sunt reflectate dectre plante (70% din infraroii i 10-20% spectrul vizibil verde), o parte suntabsorbite i folosite n fotosintez (albastre i roii), iar o parte trec prin nveliul

vegetal la nivelul solului (fig. 3.6). Covorul vegetal modifici compoziia spectrala luminii datorit adncimii de ptrundere a radiaiei i a indicelui suprafeei foliare.

Modificarea radiaiei globale n interiorul nveliului vegetal se exprimprintr-o lege asemntoare Legii lui Bouguer-Lambert:

)(0

zLKggz

AILeEE

= n care Egz radiaia global la nivelul z n interiorul nveliului,

Ego radiaia global la partea superioar a nveliului vegetal;KL coeficient de extincie n funcie de arhitectura nveliului vegetal,LAI indicele suprafeei foliare.

Astfel, n straturile situate la baza covorului vegetal se primete de 5-8 orimai mult energie n infrarou apropiat dect rou, iar radiaia verde reprezintdublul celei roii.

De asemenea, aceste strat

Curs Ecologie 2010.

Documents

Transcript of Curs Ecologie 2010.