introducere în ecologie

64
1. Introducere în ecologie Bazele teoretice ale ecologiei ştiinţifice apar în a doua parte a secolului al XIX-lea şi evoluează treptat prin adoptarea şi adaptarea unor noţiuni, concepte şi metode specifice iniţial altor ştiinţe şi discipline ştiinţifice. Se consideră că începând aproximativ cu anul 1980, ecologia devine mai mult decât o disciplină ştiinţifică situată la graniţele dintre alte ştiinţe naturale (Vădineanu, 1998), adică o nouă ştiinţă, care are un pronunţat caracter integrator, dar delimitată de alte domenii ştiinţifice prin abordarea sistemică a problematicii specifice, fapt pentru care se foloseşte uneori denumirea de ecologie sistemică. Pentru o mai adecvată înţelegere a traseului parcurs de această relativ nouă ştiinţă de la apariţia primelor preocupări cu caracter ecologic până obiectul actual al studiului ecologic, în cadrul acestui capitol introductiv se vor prezenta succint câteva aspecte ale apariţiei, conturării şi evoluţiei ecologiei ca ştiinţă. 1.1. Apariţia şi definirea ecologiei Pentru prima dată termenul ecologie este atestat în lucrarea „Generelle Morphologie der Organismen” pe care biologul german Ernst Haeckel o publică în 1986. Din punct de vedere etimolgic termenul ecologie are la origine cuvintele din limba greacă oikos şi logos cu semnificaţiile: oikos - casă, gospodărie, economie; logos - ştiinţă. Ecologia are aceeaşi rădăcină etimologică de la care porneşte şi economia ceea ce implică ideea de studiu a modului în care se manifestă „economia naturii”. Concepută ca un domeniu nou al ştiinţei, un instrument capabil să aducă un aport suplimentar în aprofundarea teoriei darwiniste care avea drept subiect al studiului indivizii biologici, ecologia a fost definită la acel moment ca reprezentând „studiul relaţiilor complexe, directe sau indirecte, cuprinse în noţiunea darwiniană a luptei pentru existenţă”. Ecologia este în general înţeleasă ca fiind ştiinţa care se ocupă cu studiul relaţiilor plantelor şi animalelor studiate în contextul mediului lor fizic (abiotic) şi biologic (biotic) de viaţă. Există mai multe încercări de a defini cât mai precis obiectul de studiu al ecologiei, fiecare dintre acestea purtând amprenta autorilor, reputaţi

Upload: andra-eda

Post on 09-Aug-2015

182 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

ecologie

TRANSCRIPT

Page 1: Introducere în ecologie

1 Introducere icircn ecologie

Bazele teoretice ale ecologiei ştiinţifice apar icircn a doua parte a secolului al XIX-lea şi evoluează treptat prin adoptarea şi adaptarea unor noţiuni concepte şi metode specifice iniţial altor ştiinţe şi discipline ştiinţifice Se consideră că icircncepacircnd aproximativ cu anul 1980 ecologia devine mai mult decacirct o disciplină ştiinţifică situată la graniţele dintre alte ştiinţe naturale (Vădineanu 1998) adică o nouă ştiinţă care are un pronunţat caracter integrator dar delimitată de alte domenii ştiinţifice prin abordarea sistemică a problematicii specifice fapt pentru care se foloseşte uneori denumirea de ecologie sistemică

Pentru o mai adecvată icircnţelegere a traseului parcurs de această relativ nouă ştiinţă de la apariţia primelor preocupări cu caracter ecologic pacircnă obiectul actual al studiului ecologic icircn cadrul acestui capitol introductiv se vor prezenta succint cacircteva aspecte ale apariţiei conturării şi evoluţiei ecologiei ca ştiinţă

11 Apariţia şi definirea ecologiei

Pentru prima dată termenul ecologie este atestat icircn lucrarea bdquoGenerelle Morphologie der Organismenrdquo pe care biologul german Ernst Haeckel o publică icircn 1986 Din punct de vedere etimolgic termenul ecologie are la origine cuvintele din limba greacă oikos şi logos cu semnificaţiile oikos - casă gospodărie economie logos - ştiinţă Ecologia are aceeaşi rădăcină etimologică de la care porneşte şi economia ceea ce implică ideea de studiu a modului icircn care se manifestă bdquoeconomia naturiirdquo

Concepută ca un domeniu nou al ştiinţei un instrument capabil să aducă un aport suplimentar icircn aprofundarea teoriei darwiniste care avea drept subiect al studiului indivizii biologici ecologia a fost definită la acel moment ca reprezentacircnd bdquostudiul relaţiilor complexe directe sau indirecte cuprinse icircn noţiunea darwiniană a luptei pentru existenţărdquo

Ecologia este icircn general icircnţeleasă ca fiind ştiinţa care se ocupă cu studiul relaţiilor plantelor şi animalelor studiate icircn contextul mediului lor fizic (abiotic) şi biologic (biotic) de viaţă Există mai multe icircncercări de a defini cacirct mai precis obiectul de studiu al ecologiei fiecare dintre acestea purtacircnd amprenta autorilor reputaţi cercetători icircn domeniu precum şi a modului de abordare a problematicii ecologice Sacchi şi Testard (1971) afirmă că bdquoecologia este disciplina biologică ce studiază raporturile icircntre organisme şi mediul lor icircnconjurătorrdquo icircn timp ce Krebs (1972) preferă să vadă ecologia ca fiind bdquostudiul ştiinţific al interacţiunilor care determină distribuţia şi abundenţa organismelorrdquo

Pe măsură ce teoria sistemelor a fost din ce icircn ce mai utilizată şi aplicată studiul sistemelor vii supraindividuale definirea ecologiei devine mai coerentă Odum (1975) consideră că ecologia studiază nivelurile de organizare a materiei vii superioare nivelului individul la fel ca Stugren (1975) care afirmă că ecologia este bdquoştiinţa interacţiunilor icircn sistemele supraindividualerdquo

O definiţie completă şi apropiată de spiritul bdquosistemicrdquo de abordare a studiilor icircn acest domeniu este publicată icircn Romacircnia de Botnariuc şi Vădineanu (1982) care consideră că ecologia studiază bdquosistemele supraindividuale de organizare a materiei vii (populaţii biocenoze biosfera) integrate icircn mediul lor abioticrdquo

Deşi a debutat ca o disciplină pur biologică ecologia a căpătat pe parcursul evoluţiei sale un pronunţat caracter interdisciplinar datorită necesităţii studiului sistemelor biologice icircn mediul lor fizico-chimic De aceea icircn studiile ecologice se utilizează frecvent metode concepte şi noţiuni specifice altor domenii ştiinţifice cum sunt climatologia hidrologia oceanografia geologia fizica chimia statistica matematică cibernetica etc

Interesul crescacircnd al publicului larg şi icircngrijorarea manifestată pentru problematica legată de sănătatea mediului şi diversele programe derulate icircn acest sens au condus uneori la confuzii icircntre conceptul de mediu sau ştiinţa mediului şi ecologie

Trebuie să remarcăm faptul că ecologia este o disciplină ştiinţifică cu un domeniu distinct de activitate care este implicată de asemenea şi icircn studiul sau icircnţelegerea unor probleme legate de mediu dar nu este exclusiv o bdquoştiinţă a mediuluirdquo

Ecologia modernă icircncepe icircntr-o anumită măsură cu Charles Darwin care icircndezvoltarea teoriei sale a evoluţiei leagă adaptarea organismelor la mediul lor de viaţă de procesul selecţiei naturale De asemenea o contribuţie importantă icircn conturarea ecologiei au avut-o biologii (de exemplu Alexander von Humboldt) preocupaţi de geografia plantelor (geobotanică) de modul icircn care s-a realizat distribuţia plantelor pe glob

Considerat fondatorul sistematicii moderne Carl von Linneacute aduce de asemenea contribuţii interesante sub aspect ecologic icircn lucrarea bdquoIstoria plantelorrdquo(1750) publicată chiar mai icircninte de apariţia şi definirea termenului bdquoecologierdquo prin observaţiile fenologiei (studiul fazelor de dezvoltare) şi distribuţiei geografice a plantelor

Georges Louis Leclerc du Buffon observă icircn bdquotratatelerdquo de istorie a mamiferelor şi păsărilor legături existente icircntre morfologia şi anatomia animalelor şi mediul icircnconjurător

Deşi Haeckel rămacircne icircn istoria ecologiei el nu realizează totuşi studii ecologice icircn adevăratul sens al cuvacircntului bdquoŞcoala haeckelianărdquo a condus icircnsă la dezvoltarea interesului pentru problematica ecologică Un distins discipol al lui Haeckel a fost savantul romacircn Grigore Antipa care are importante contribuţii icircn elaborarea strategiei de exploatare raţională a zonelor umede din Romacircnia şi icircn special a Deltei Dunării mai ales sub aspect piscicol Modelele sale de strategie privind exploatarea durabilă a resurselor au fost aplicate cu succes icircn diverse zone geografice ale lumii lunca fluviului Illinois(USA) bazinele fluviilor Rhin şi Volga

Cu toate că nu a existat o reală dezvoltare etapizată a ecologiei ca ştiinţă se pot remarca anumite perioade de timp caracterizate prin preocupări succese şi abordări specifice ale studiilor ecologice icircncepacircnd cu momentul apariţiei sale

12 Conturarea ecologiei ca ştiinţă

Procesul conturării ecologiei ca ştiinţă poate fi icircncadrat icircn perioada de timp 1886 ndash 1911 jalonată de momentul icircn care Haeckel a formulat prima definiţie a ecologiei şi respectiv anul apariţiei lucrării lui V Shelford cu referire la bdquolegea toleranţeirdquo

Icircn această etapă sunt de semnalat cacircteva bdquoevenimenterdquo importante pentru viitorul ecologiei Karl Moumlbius (1877) formulează ideea că organismele nu pot trăi independent ci formează bdquocomunităţirdquo denumite mai tacircrziu şi bdquobiocenozerdquo FA Forel descoperă stratificaţia termică a apei şi implicaţiile acestui fenomen pentru viaţa icircn mediul acvatic FE Clemens introduce noţiune de bdquohabitatrdquo E Warming utilizează pentru prima dată conceptul de comunitate icircn studiul ecologic al plantelor Acest relativ scurt interval de timp este caracterizat prin realizarea unor studii referitoare la specii cercetate icircn anumite condiţii de viaţă la studiul unor condiţii de mediu particulare Este important să menţionăm că apar şi primele idei de natură integrativă ceea ce permite conturarea primelor concepte şi metode care vor deveni fundamentale icircn studiul sistemelor ecologice

Ecologia trofică este caracteristică unei perioade de timp cuprinsă convenţional icircntre anii 1911 şi 1940 cacircnd Ch Juday publică o lucrare referitoare la energetica lacurilor Deşi fundamentată icircn perioada interbelică ecologia trofică este icircncă icircn esenţa ei o concepţie actuală Principalele repere ale acestei etape sunt constituite de cacircteva evenimente Ch Elton (1927) pune bazele ecologie trofice prin publicarea volumului bdquoEcologia animalărdquo Se remarca modul de structurare a ecosistemelor mai ales icircn funcţie de relaţiile de hrănire dintre organisme Se definesc conceptele şi metodologiile de studiu ale ecologiei şi se icircncearcă explicarea distribuţiei geografice a animalelor prin intermediul studiilor fiziologice

Studiul reglajelor numerice ale populaţiei utilizează legi ale fizicii şi se elaborează conceptul de bdquorezistenţă a mediuluirdquo AG Tansley (1935) defineşte noţiune de bdquoecosistemrdquo prin care icircnţelege unitatea sistemică formată din biocenoză şi mediul ei abiotic (biotop) şi se realizează primele studii icircn legătură cu ciclurile biogeochimice

Studiile referitoare la ecologia plantelor conduc la conturarea şi afirmarea unei noi discipline ştiinţifice geobotanica Apare bdquoecologia demograficărdquo ce se va cristaliza icircntr-o ramură ecologică mai cunoscută icircn prezent ca bdquoecologia populaţieirdquo ca o consecinţă a aplicării concepţiei trofice icircn studiul reglajelor numeric ale populaţiei şi dinamicilor acesteia Icircn etapa ecologiei trofice se derulează activităţi de cercetare a unor ecosisteme de diferite grade de complexitate ceea ce a determinat implicit diversificarea şi aprofundarea problematicii ecologice

O etapă a ecologiei trofo-energetice poate fi demarcată de anii 1940 şi 1964 Icircn acest interval de timp se remarcă de asemenea preocupări şi tendinţe specifice ale cercetării ecologice Se realizează adoptarea caloriei ca unitate de echivalenţă universală pentru integrarea sub aspect valoric a componentelor abiotice şi biotice icircn studiile de energetică a sistemelor biologice Explicarea structurii şi funcţionalităţii ecosistemelor icircn funcţie de schimbările energetice a permis o apreciere mai adecvată a productivităţii biologice Ca urmare a formulării teoriei matematice a informaţiilor se conturează ecologia informaţională

Icircncepacircnd cu anul 1964 cacircnd UNESCO lansează Programul Biologic Internaţional se afirmă o nouă etapă a integrării şi modelării icircn ecologie Principalele coordonate ale acestei etape sunt reprezentate de unificarea metodelor de cercetare şi valorificarea unor cercetări anterioare şi inventarierea unor procese ecologice la scară planetară utilizarea cu predilecţie a ecologiei informaţionale icircn studiile demografice şi trofo-energetice precum şi studiul mai accentuat al productivităţii diferitelor tipuri de ecosisteme Se remarcă o mai frecventaă utilizarea a programelor de prognoză mai ales icircn studiile de ecologie aplicată Anii 80 ai secolului trecut pot delimita trecerea la o nouă etapă a evoluţiei ecologiei datorită modului preponderent de abordare a problematicii specifice atacirct icircn cerecetările practice cacirct şi din punct de vedere conceptulal Din acest moment se poate vorbi de ecologia sistemică Etapele evoluţiei ecologiei sunt prezentate sintetic şi diagarmatic icircn figura 1

Ecologia este şi icircn prezent o ştiinţă interdisciplinară mai ales prin faptul că utilizează metode concepte şi noţiuni specifice altor ştiinţe şi discipline ştiinţifice icircn scopul abordării eficiente a problematicii specifice dar se poate vorbi şi de subdiviziuni sau ramuri ale ecologiei care au apărut ca urmare a necesităţii de aprofundare a anumitor aspecte ale studiului ecologic

Datorită diversificării problematicii abordate şi a complexităţii aspectelor studiate ecologia are conexiuni cu diverse ştiinţe sau ramuri ale acestora cum sunt matematica icircn special statistica utilizată de exemplu icircn studiile de dinamică a populaţiilor fizica chimia etc

Ecologia se individualizează totuşi prin urmărirea punctului de vedere ecologic adică al importanţei proceselor şi fenomenelor considerate icircn ansamblu pentru funcţionarea sistemelor biologice supraindividuale De aceea se poate aprecia că interdisciplinaritatea nu constituie neapărat caracteristica cea mai evidentă a ecologiei

Mai important de remarcat sunt modalităţile prin care utilizacircnd unele concepte noţiuni şi metode care aparţin altor domenii ale ştiinţei ecologia a realizat propriile metodologii de abordare a domeniului său de studiu

2 Teoria sistemică icircn ecologie

Un sistem este definit icircn bdquoEnciclopedia universalărdquo ca fiind un ansamblu de fenomene şi evenimente independente care este extras din lumea exterioară printr-o acţiune intelectuală arbitrară vizacircndu-se tratarea acestui ansamblu cu un icircntreg (tot unitar)

Icircn această definiţie referirea la lumea exterioară presupune faptul că un sistem real nu poate fi exista izolat ci el trebuie să aparţină unui sistem mai cuprinzător icircn cadrul căruia are anumite atribuţii De asemenea un sistem presupune existenţa unui ansamblu de elemente (de obicei alte sisteme sau subsisteme) componente care sunt icircn corelaţie icircn scopul asigurării funcţionalităţii icircntregului De aceea putem denumi sistemul ca fiind un ansamblu de părţi sau componente interconectate prin legături funcţionale Aceste legături (conexiuni) implică mişcare şi evoluţie elemente care sunt perfect sesizabile icircn cazul sistemelor particulare pe care le denumim sisteme biologice şi care le conferă acestora cacircteva categorii de proprietăţi

Una din principalele proprietăţi ale sistemelor biologice este aceea că elementele componente ale unor astfel de sisteme depind unul de altul icircn ceea ce priveşte atacirct funcţionarea cacirct şi evoluţia acestora

Elementul fundamental al manifestării vieţii este reprezentat de individul biologic deci de organism Pornind de la această premisă sistemele biologice se pot clasifica icircn

a) sisteme biologice individuale reprezentate de organismele viib) sisteme biologice supraindividuale care includ mai multe organisme fie populaţii dacă

organismele componente au o origine comună (aparţin aceleiaşi specii) fie comunităţi sau biocenoze icircn cazul icircn care organismele aparţin unor specii diferite de plante şi animale sau biosfera care este alcătuită de totalitatea ecosistemelor complexe ale Pămacircntului care icircmpreună conţin toate formele sub care se manifestă viaţa

Toate sistemele biologice supraindividuale sunt formate dintr-un număr variabil de organisme (indivizi) icircntre care există conexiuni reciproce de natură genetică structurală funcţională sau spaţială Aceste tipuri de sisteme biologice icircn relaţie cu substratul pe care se manifestă constituie obiectul general de studiu ecologic Ansamblul elementelor componente ale unui sistem supraindividual poate fi imaginat şi reprezentat sub forma unei organigrame de interacţiuni (Fig2) Icircn organigramă subsistemele (elementele componente) sunt desemnate prin litere iar interacţiunile dintre sau la nivelul acestora prin diferite tipuri de săgeţi liniile continue desemnează acţiunile directe liniile discontinue indică prezenţa unor acţiuni indirecte liniile curbe indică acţiunea unui element supra lui icircnsuşi

De asemenea acţiunea se poate manifesta icircntre elementele sistemului icircntr-un singur sens sau icircn ambele sensuri Cele cinci compartimente ale schemei sunt figurate diferit pentru a reprezenta faptul că elementele componente ale sistemului pot fi şi deferite (nu sunt neapărat identice)

Icircn figura 2 sunt reprezentate tipurile de acţiuni şi sensul acestora dar nu este evidenţiată nici intensitatea acţiunii şi nici bdquovitezardquo rapiditatea acesteia elemente cu o semnificaţie deosebită pentru funcţionalitatea sistemului Din acest punct de vedere se pot diferenţia două tipuri de acţiuni acţiuni bdquoputernicerdquo şi acţiuni bdquoslaberdquo (Frontier şi Pichod-Viale 1991) Deosebirea dintre aceste două categorii de acţiuni este reliefată de modalitatea prin care se măsoară intensitatea şi viteza acţiunii Se pot distinge astfel două aspecte

Primul se referă la gradul de determinare a unei variabile ce caracterizează un compartiment (element subsistem) al sistemului prin intermediul altui compartiment Icircn termeni statistici bdquoforţardquo de acţiune a compartimentului A asupra compartimentului B poate fi măsurată prin proporţia variaţiei compartimentului B datorată variaţiilor compartimentului A Conform teoriei informaţiei se poate aprecia cantitatea de informaţie transmisă de la compartimentul B către compartimentul A

Al doilea element este reprezentat de durata acţiunii Icircn mod obişnuit acţiunea indirectă este caracterizată de un timp mai mare de realizare icircn comparaţie cu durata de realizare a unei acţiuni directe deoarece acţiunea indirectă presupune faze sau etape intermediare ceea ce măreşte durata de finalizare a acesteia Se poate presupune deci că o astfel de acţiune derulată pe un interval mai larg este de regulă o acţiune bdquoslabărdquo

La nivelul ecosistemelor sisteme cu o complexitate deosebită tendinţa informaţiei este de a se disipa şi disemina pe diverse parcursuri simultane Reprezentarea prin intermediul diagramelor devine astfel mai complicată pe de-o parte datorită numărului mare de compartimente dar şi datorită numărului crescut de reprezentări ale acţiunilor prin intermediul săgeţilor Vom avea astfel reţele foarte complexe de interacţiuni evident mai dificil de studiat

Studiul reţelelor complexe de interacţiuni din cadrul ecosistemelor este realizat icircntr-un mod mai facil de aplicarea teoriei grafurilor care permite analiza unei reţele prin intermediul unor termeni specifici ca bdquobuclerdquo şi bdquonodurirdquo fapt ce permite deducţia logică a unui număr mare de

proprietăţi care altfel ar fi dificil de relevatUna din aceste proprietăţi este tranzitivitatea Icircn principiu tranzitivitatea presupune următorul

raţionament dacă un element A acţionează asupra elementului B iar elementul B va acţiona asupra unui alt element notat cu C rezultă că elementul A acţionează (icircn mod indirect) şi asupra elementului C După cum se observă tranzitivitatea presupune o acţiune indirectă adică o acţiune bdquoslabărdquo incapabilă de regulă să conserve caracteristicile de forţă şi viteză ale acţiunii iniţiale (acţiunea lui A asupra lui B)

Teoria informaţiei lansată de Shannon (1948) şi utilizarea noţiunii de bdquocantitate de informaţirdquo a permis atribuirea unei valori precise bdquoforţeirdquo unei interacţiuni Ca urmare se poate considera că un element A va adune mai multă informaţie unui element B dacă funcţionarea şi evoluţia elementului B depinde icircntr-o mai mare măsură de variaţiile elementului A mai exact de variaţiile elementului A percepute de elementul B Studiul reţelelor de acţiuni şi interacţiuni care să includă şi evaluarea performanţelor acestora poate fi interpretat ca o analiză a gestiunii informaţiei icircntr-un ecosistem

Icircnchiderea tranzitivă a unei reţele reprezintă ansamblul interacţiunilor directe stabilite prin conceptualizarea reţelei precum şi al acţiunilor indirecte pe care acestea le provoacă De aceea un ecosistem poate fi definit ca fiind bdquoicircnchiderea tranzitivă a unei reţele de interacţiuni icircntre populaţiile vii şi mediurdquo

3 Principalele tipuri de sisteme biologice şi caracteristicile lor generale

Materia vie este organizată sub forma sistemelor biologice de diferite grade de complexitate fapt ce permite ierarhizarea acestora plecacircnd de la criteriul universalităţii Cu alte cuvinte totalitatea sistemelor biologice aflate pe acelaşi nivel de organizare cuprinde icircntreaga materie vie iar un nivel de organizare a materiei vii nu este altceva decacirct ansamblul sistemelor vii echivalente Din acest punct de vedere se identifică următoarele nivele de organizare ierarhică a materiei vii

1 Nivelul individual care include toate biosistemele reprezentate de organismele animale sau vegetale toţi indivizii biologici indiferent de gradul lor de evoluţie

2 Nivelul populaţional ocupat de sistemele supraindividuale populaţii de plante sau animale care aparţin aceleiaşi specii sau care se confundă cu specia

3 Nivelul biocenotic reprezentat de comunităţi de plante şi animale (biocenoze) care se comportă ca sisteme biologice complexe

4 Nivelul biomic pe care se situează sisteme de o complexitate superioară (biomi) formate de asociaţii de biocenoze adiacente (acest nivel nu este unanim acceptat)

5 Nivelul biosferei reprezentat de ansamblul vieţii pe Pămacircnt adică de sistemul biosfereiSistemul biologic individual ne este altceva decacirct individul biologic organismul viu El este forma

elementară şi icircn acelaşi timp universală de manifestare a vieţii La nivelul acestui biosistem se manifestă legea specifică organismului biologic şi anume metabolismul care icircn esenţă este procesul prin care materia pătrunsă icircn organism este transformată de către acesta icircn substanţă proprie şi datorită căruia individul biologic poate exista dezvolta şi creşte

Studiul biochimic al transformărilor diferitelor substanţe pătrunse icircn organism s-a realizat relativ tacircrziu (1930) cacircnd datorită metodei stabilite de Stern şi Nanney s-a reuşit urmărirea proceselor parcurse de anumiţi compuşi metabolici importanţi la nivelul organismului Importanţa acestor cercetări a constat icircn faptul că s-a observat că organismul nu este sub toate aspectele o entitate bdquostaticărdquo Chiar şi celulele cu stabilitate recunoscută cum sunt cele nervoase sau musculare icircşi reicircnnoiesc total majoritatea componentelor pe parcursul existenţei lor utilizacircnd alte molecule Acest dinamism al componentelor organismului se manifestă şi la nivelul aminoacizilor care icircşi schimbă permanent atomii şi grupările chimice mici

Din acest motiv organismul nu este bdquoceva definitivrdquo El poate avea periodic o compoziţie complet diferită sub aspect micromolecular fapt care se datorează manifestării metabolismului Pentru a se

evidenţia şi măsura intrările şi ieşirile de materie şi energie deci bugetul energetic al organismului este clasic experimentul realizat de Lavoisier care a studiat pe cobai schimburile gazoase şi energetice

Rezultatul a fost demonstraţia că prin metabolizarea unui mol de glucide un organism animal produce aceeaşi cantitate de căldură (energie) şi dioxid de carbon (materie) şi necesită aceeaşi cantitate de oxigen pentru realizarea bdquoarderiirdquo metabolice ca şi icircn cazul combustiei la flacără a aceleiaşi cantităţi de glucide

Din punct de vedere ecologic sistemul populaţional este constituit din popualţia biologică sau specie Populaţia reprezintă de un grup de indivizi aparţinacircnd aceleiaşi specii care ocupă acelaşi areal Icircn principiu o specie este reprezentată de cel puţin una ( caz icircn care populaţia şi specia se confundă) sau mai multe populaţii

Deşi populaţiile sunt unice icircntr-un anumit sens ele au caracteristici generale diferite de ale indivizilor care intră icircn componenţa sa cum sunt anumite relaţii ce se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi populaţii (relaţii intraspecifice) o anumită structură a efectivului populaţiei (structura de sexe structura de vacircrste) un mod de funcţionare specific o anumită durată de activitate (longevitate specifică)

La nivelul populaţiei se manifestă selecţia naturală şi deci adaptarea speciilor la fluctuaţiile factorilor de mediu Izolarea populaţiilor poate determina local apariţia unor caracteristici specifice care se pot dovedi utile pentru specie

De asemenea la nivelul populaţiei se sesizează tendinţa dispersiei indivizilor din zonele cu densitate crescută spre locaţii cu o mai mică densitate O altă caracteristică a populaţiei este aşa numita capacitate de suport ceea reprezintă de fapt media numărului maxim de indivizi pe care o populaţie icircl poate atinge icircn anumite condiţii date

Studiile de dinamică şi genetică a populaţiilor icircn particular efectele eredităţii şi evoluţiei populaţiei sunt extrem de importante pentru activitate umană de intervenţie icircn ecosistemele naturale sau artificiale

Biocenoza sau comunitatea de plante şi animale este sistemul biologic supraindividual care presupune coexistenţa icircntr-un anumit areal a unor populaţii diferite de plante animale şi microorganisme diferenţiate funcţional şi icircn acelaşi timp interdependente la nivelul căruia se manifestă o caracteristică fundamentală şi anume existenţa relaţiilor interspecifice Biocenoza reprezintă componenta vie a ecosistemului La nivelul biocenozei ca rezultat al relaţiilor dintre specii sau populaţii ale diferitelor specii se manifestă o altă caracteristică a acestui tip de sistem biologic şi anume productivitatea biologică

Biomul este o comunitate biotică caracterizată prin existenţa unor populaţii dominante de plante şi animale trăiesc icircntr-un anumit climat specific de regulă unor zone geografice mai extinse Biomul poate fi privit ca o asociaţie de biocenoze adiacente din punct de vedere geografic ceea ce le conferă particularităţi distincte Deoarece iniţial definirea biomului a fost aceea de bdquoformaţiuni (asociaţii) vegetalerdquo majoritatea biomilor sunt denumiţi după tipul vegetaţiei dominante

Influenţaţi de latitudinea şi altitudinea geografice de temperatură şi regimul precipitaţiilor biomii tereştri sunt diferiţi şi includ variate tipuri de păduri icircntinderi ierboase (savana stepă tundră etc) şi zone deşertice Aceşti biomi includ de asemenea comunităţile specifice bazinelor acvatice incluse (lacuri bălţi mlaştini zone umede) Deşi aceste asociaţii de ecosisteme s-au format icircn zone geografice distincte există unele similarităţi ca urmare a selecţiei naturale

Diversitatea speciilor de animale precum şi a speciilor vegetale subdominante care sunt de regulă caracteristice fiecărui biom este controlată de condiţiile de mediu şi de productivitatea vegetaţiei dominante Icircn general diversitatea speciilor este mai mare dacă producţia primară netă este suficient de mare şi există condiţii favorabile de umiditate şi temperatură

Adaptarea speciilor şi specializarea nişelor trofice pot fi observate foarte bine la nivelul biomilor Organismele care ocupă nişe trofice asemănătoare icircn ecosisteme similare dar separate geografic aparţin unor specii diferite care au dezvoltat icircnsă adaptări similare ca răspuns la modificarea similară a factorilor de mediu Principalele tipuri de biomi sunt prezentate succint icircn continuare

Tundra arctică şi alpină Tundra este un biom caracterizat de o vegetaţie din care lipsesc arborii şi arbuştii de talie mare dar icircn care există plante de talie mică iar suprafaţa solului este umedă si are o structură spongioasă larg răspacircndit icircn jurul latitudinii nordice de 60 grade Icircn adacircncime de cacircţiva centimetri pacircnă la cacircţiva metri icircn funcţie de zona geografică şi evoluţia temperaturii solul este icircngheţat

permanent alcătuind aşa numitul permafrost Astfel se explică absenţa plantelor cu rădăcini viguroase (arbori arbuşti etc)

Icircn cadrul acestui tip de biom atacirct precipitaţiile cacirct şi procesul de evaporare au valori minime iar icircn majoritatea zonelor temperatura medie icircn sezonul cald nu depăşeşte 100C Chiar icircn sezonul umed valoarea precipitaţiilor nu este mai mare de 25 mm dar suprafaţa solului este deseori saturată cu apă datorită ratei extrem de scăzute a evapotranspiraţiei

Diversitatea speciilor care populează tundra este scăzută Plantele sunt reprezentate de cacircteva specii de arbuşti pitici cacircteva specii de plante ierboase specii de plate cu flori dintre care cele mai comune aparţin familiei Cyperaceae muşchi şi licheni Plantele cele mai caracteristice tundrei sunt lichenii de tipul aşa numitei bdquoiarba renuluirdquo (Cladonia sp) Lichenii sunt plante mici verzi nevascularizate care aparţin clasei Musci filumul Bryophyta

Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore ca renii boul moscat mamifere din familia Leporidae genul Lepus (asemănătoare cu iepurii dar cu urechile şi picioarele mai mari) rozătoare ale genului Microtus (asemănătoare cu şobolanii) şi lemingi (rozătoare aparţinacircnd genului Lemmus) Dintre speciile carnivore mai frecvente sunt vulpea arctică ursul polar şi lupii Atacirct reptilele cacirct şi amfibienii sun slab reprezentate sau lipsesc datorită temperaturilor scăzute Tundra alpină este icircn oarecare măsură similară tundrei arctice dar lipseşte permafrostul iar suprafaţa solului nu este la fel de umedă datorită unei drenări mai bune a apei

Pădurile boreale de conifere Acest biom este reprezentat de păduri umede şi reci de conifere (sau taiga) care se icircntind pe suprafeţe vaste pe mai multe continente icircntre paralelele de 45 şi 57 grade latitudine nordică Climatul este rece şi foarte rece cu un surplus de umezeală icircn timpul verii Vegetaţia predominantă este reprezentată de diferite specii de conifere dintre care cele mai comune sunt Picea glauca Abies balsamea Pinus resinosa Pinus strobus Picea mariana Pinus contorta Pinus ponderosa etc) Datorită ecranării energiei luminoase plantele situate pe verticală la nivelul inferior sunt mai slab reprezentate

Solul pădurilor boreale este caracterizat de o litieră adacircncă şi o descompunere lentă a materiei organice datorită temperaturilor scăzute este un sol acid cu un deficit de substanţe minerale datorită mineralizării lente şi a faptului ca apa de precipitaţii antrenează şi icircndepărtează majoritatea mineralelor

Pădurile de foioase din zonele temperate Acest biom este caracterizat de un climat moderat şi arbori cu frunze căzătoare (foiase) Datorită condiţiilor climatice favorabile aceste tipuri de păduri au fost extrem de mult reduse ca suprafaţă ca urmare a intervenţiei umane prin transformarea lor icircn zone agricole sau zone urbane Plantele dominante aparţin următoarelor specii Acer sp Fagus sp Quercus sp Carya sp Populus sp Ulmus sp Salix sp etc

Plantele aflate la nivelurile inferioare coronamentului arborilor sunt bine dezvoltate şi diversificate ca specii De asemenea fauna este bine reprezentată de ierbivore carnivore şi unele specii de reptile şi amfibieni Solul este relativ fertil cu o litieră subţire datorită procesului rapid de descompunere a materiei organice

Zonele ierboase Această categorie defineşte un biom caracterizat prin prezenţa şi abundenţa vegetaţiei ierboase icircnalte sau mai puţin icircnalte Icircn Europa şi Asia denumirea acestor zone este stepă iar icircn America de Sud acest tip de biom se numeşte pampas Icircnainte de intervenţia omului preeriile cu iarbă icircnaltă erau formate mai ales din specii de Andropogon sp care alcătuiau dense zone ierboase cu icircnălţimi cuprinse icircntre 15 şi 2 metri Icircn zonele cu precipitaţii mai reduse predomină o specie de numai cacircţiva centimetri icircnălţime Buchloe dactyloides (bdquoiarba bizonuluirdquo)

Solul este de obicei foarte fertil cu o pondere mare a cernoziomurilor Icircn zonele mai uscate ale acestor biomi fertilitatea solurilor poate fi influenţată de salinitate Fertilitatea acestor ecosisteme a determinat exploatarea unor mari icircntinderi pentru culturi agricole cerealiere care suportă o umiditate mai scăzută

Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore mici şi rozătoare precum şi de ierbivore de talie mare şi diferite specii de carnivore Multe din aceste specii sunt ameninţate de distrugerea habitatului datorită extinderii culturilor agricole iar cacircteva sunt chiar pe cale de dispariţie

Deşertul Forma tipică de deşert este definită de existenţa unei vegetaţii slabe şi dispersate alcătuită mai ales din specii de arbuşti Cele mai importante biomuri deşertice sunt localizate icircntre paralelele de 25 şi 35 grade latitudine nordică şi sudică de regulă icircn interiorul continentelor

Existenţa deşerturilor este condiţionată climatic şi se datorează icircn mare parte prezenţei curenţilor de aer descendenţi ce limitează formarea precipitaţiilor care icircn cele mai multe zone deşertice nu depăşesc valoarea anuală de 25 milimetri Icircn cazul icircn care precipitaţiile sunt aproape absente vegetaţia poate lipsi icircn totalitate icircn unele zone deşertice Acolo unde există vegetaţia este reprezentată de arbuşti rezistenţi la secetă (Larrea divaricata Artemisia tridentata etc) şi plante suculente capabile să păstreze apa de genul cactuşilor

Cele mai multe mamifere de deşert sunt specii nocturne care astfel evită căldura excesivă din timpul zilei Sunt bine reprezentate diferite reptile (şopacircrle şi şerpi) care sunt specii poichiloterme precum şi de unele insecte

Chaparral-ul (pădurea sclerofilă sau zona cu vegetaţie săracă de tip mediteranean) Acest tip de biom are o distribuţie spaţială particulară fiind prezent icircn zone limitate icircntre 32 şi 40 grade latitudine nordică şi sudică de obicei pe coastele vestice ale continentelor Icircn aceste zone se manifestă un climat uscat datorat zonei de subtropicale de icircnaltă presiune ce durează o bună parte a anului din primăvara pacircnă toamna tacircrziu

Precipitaţiile sunt prezente mai ales icircn lunile de iarnă şi sunt datorate deplasării frontului polar şi asocierii acestuia cu furtunile cicloanelor de latitudine medie Media anuală a precipitaţiilor este de 300 pacircnă la 750 milimetri pluviometrici iar majoritatea acestor precipitaţii cad icircntr-o perioadă scurtă de timp (2 - 4 luni)

Acest climat foarte special determină ca vegetaţia existentă să dezvolte o serie de adaptări speciale pentru a rezista secetei şi focurilor naturale frecvente Se icircntacirclnesc specii de arbori şi arbuşti de talie redusă care nu icircşi pierd frunzele icircn sezonul secetos

Climatul uscat nu facilitează descompunerea materiei organice icircn sol şi eliberarea mineralelor ceea ce reduce mult fertilitatea solului şi deci nu permite plantelor să producă frunze noi la icircnceputul sezonului (aşa cum se icircntacircmplă la plantele foioase veritabile) Frunzele plantelor care trăiesc şi caracterizează acest biom sunt icircnsă foarte rezistente la condiţiile de secetă

Speciile de plante reprezentative sunt măslinul (Olea europea) eucaliptul acacia pinul maritim (Pinus pinaster) stejarul pitic (Quercus dumosa) şi specii asemănătoare (Quercus suber Quercus virginiana) Cele mai multe specii prezintă spini cu rol de apărare icircmpotriva erbivorelor)

Savana tropicală Savanele tropicale sunt zone ierboase icircn care se găsesc cu o densitate redusă arbori şi arbuşti rezistenţi la secetă care nu au de obicei icircnălţimi mai mari de 10 metri Din punct de vedere climatic aceste zone sunt caracterizate de un sezon umed şi un sezon secetos cu temperaturi ridicate pe tot parcursul anului Savanele ocupă suprafeţe foarte mari icircn estul Africii America de sud şi Australia Vegetaţia acestora asigură sursa de hrană pentru o mare diversitate de animale erbivore pe seama cărora există o varietate crescută de specii carnivore

Pădurile umede tropicale şi ecuatoriale Acest tip de biom se icircntacirclneşte icircntr-o zonă largă icircn jurul Ecuatorului icircn care temperatura şi umiditatea sunt relativ crescute pe tot parcursul anului Precipitaţiile sunt mai mari de 2000 pacircnă la 2500 milimetri şi sunt de regulă prezente pe tot parcursul anului

Vegetaţia este foarte abundentă şi diversificată astfel icircncacirct un kilometru pătrat poate conţine pacircnă la 100 de specii diferite de arbori Pentru comparaţie pe aceeaşi suprafaţă icircn zonele temperate există 3 sau 4 specii de arbori Densitatea acestei păduri este mare iar icircnălţimea arborilor este frecvent de 25-30 metri unele specii avacircnd icircnălţimi de pacircnă la 40 metri

Pădurea umedă tropicală bdquoascunderdquo de asemenea o mare varietate de animale Se presupune că 30 ndash 50 din toate speciile de animale de pe planetă se icircntacirclnesc icircn acest tip de biom

Chiar mediul marin şi oceanic este considerat de către unii ecologi ca avacircnd icircn structura lui biomi cum ar fi largul oceanului zonele litorale zonele bentale ţărmurile stacircncoase sau nisipoase estuarele sau zonele mlăştinoase asociate mareelor

Indiferent de locul pe care icircl ocupa icircn ierarhia care ia icircn consideraţie diferitele nivele de organizare a materiei vii sistemele biologice prezintă cacircteva caracteristici generale(Botnaruic şi Vădineanu 1982)

Caracterul istoric specific (nu numai) sistemelor biologice este datorat faptului că icircnsăşi sistemul integrator al biosferei a parcurs etape evolutive in timp la scară istorică icircn sensul creşterii complexităţii structurale şi funcţionale Implicit toate sistemele biologice contemporane sunt rezultatul proces de evoluţie şi dezvoltare mai mult sau mai puţin icircndelungat

Datorită capacităţii sistemelor biologice de a primi de a acumula procesa şi transmite informaţii specifice se poate reliefa caracterul informaţional al acestora Stugren (1982) consideră că sistemele biologice au evoluat icircn sensul creşterii complexităţii lor structurale şi de asemenea icircn sensul dezvoltării capacităţii de a vehicula informaţia biologică indiferent de aspectul cantitativ al materiei vii Latura calitativă a acestui proces informatic la nivelul biologic este reliefată de importanţa fidelităţii icircn sensul preciziei exactităţii cu care este procesată şi mai ales transmisă informaţia icircn sistemele biologice Este interesant de remarcat ca dacă icircn cazul unor sisteme informaţionale abiotice fidelitatea absolută in procesarea informaţiei este esenţială icircn mod paradoxal lipsa exactităţii totale icircn transmiterea informaţiei (genetice de exemplu) reprezintă pentru sistemele biologice o posibilitate de evoluţie icircn cazul icircn care selecţia naturală validează variantele favorabile ale erorilor

Se poate observa relativ simplu că particularităţile unui sistem biologic nu sunt neapărat caracteristice şi subsistemelor componente Cu alte cuvinte ceea ce caracterizează un sistem biologic nu este doar cumularea caracteristicilor elementelor care icircl compun Sistemul icircn ansamblul său are icircnsuşiri noi care pot fi extrem de diferite de cele ale subsistemelor pe care le integrează din punct de vedere calitativ Această calitate a unui sistem este cunoscută sub denumirea de integralitate şi a fost pusă icircn evidenţă prin studiul unor sisteme biologice supraindividuale Odum (1971) evidenţiază caracteristici suplimentare ale unor ecosisteme acvatice de tipul recif coraligen comparativ cu ecosistemele adiacente (productivitate biologică ridicată) aflate practic icircn aceleaşi condiţii mediale Este de asemenea cunoscut experimentul lui Kamşilov (1979) care e evidenţiat capacitatea crescută a unui ecosistem acvatic cu un grad de integralitate ridicat de a elimina prin capacitatea biologică de autoepurare agenţi poluanţi ai apei de tipul fenolilor decacirct aceeaşi capacitate determinată la nivelul unui sistem biologic simplificat deşi icircn ambele cazuri singurul component capabil de oxidarea fenolilor a fost acelaşi (bacteriile fenol-oxidante)

Gradul de eterogenitate al sistemelor biologice este dat de faptul că deşi icircn structura calitativă a acestora există şi elemente ce pot fi considerate identice cele mai multe componente sunt diferite Eterogenitatea sistemelor biologice reprezintă aşadar o măsură a diversităţii structurale a acestora Pentru că sistemele biologice sunt capabile de evoluţie conform caracterului lor istoric ele se dezvoltă fapt ce presupune mărirea gradului lor de complexitate şi deci creşterea eterogenităţii Icircn acest sens de regulă o eterogenitate mai mare determină şi o integralitate superioară şi că fiecărui tip de sistem icirci este caracteristică o anumită valoare optimă a eterogenităţii

Starea normală de existenţă şi manifestare a sistemelor biologice este aceea de echilibru dinamic Această caracteristică derivă din capacitatea acestora de a fi permanent icircntr-o continuă activitate ce presupune schimbul de materie energie şi informaţie cu mediul Capacitatea sistemelor biologice de a se menţine icircn cadrul unui interval definit de valori care definesc echilibrul dinamic determină caracterul specific antientropic al acestora Cu alte cuvinte sistemele biologice au mecanisme şi resurse energetice interne capabile să contracareze tendinţa de dezagregare caracteristică sistemelor fizice

Starea de echilibru dinamic realizată de sistemele biologice este posibilă datorită manifestării unei autoreglări a funcţionării acestora prin mecanismul de autocontrol O schemă generală a autocontrolului la nivelul sistemului biologic presupune existenţa unor subsisteme specializate icircn recepţia informaţiei din mediu prelucrarea acestei şi elaborarea unei reacţii cacirct mai adecvate la acţiunea excitanţilor mediali Pentru a compara icircn permanenţă eficacitatea reacţiei sistemului la acţiunea stimulantă a mediului şi deci autocontrolul sistemului se manifestă conexiunea inversă (feed-back) prin care sistemul este capabil să ajusteze icircn permanenţă valoarea răspunsului propriu la intensitatea factorilor care icircl stimulează

Botnariuc (1976) prezintă succint toate aceste caracteristici generale ale sistemelor biologice atunci cacircnd le defineşte ca fiind bdquosisteme deschise informaţionalerdquo care datorită modului lor specific de organizare au capacităţi specifice bdquode autoconservare autoreproducere autoreglare şi autodezvoltare de la

forme simple la cele complexe de organizare ele au un comportament antientropic şi finalizat care le asigură stabilitatea icircn relaţiile lor cu alte sistemerdquo

4 Ecosistemul

Icircn principiu atunci cacircnd ne referim la ecosistem icircnţelegem de fapt un sistem deschis cu o alcătuire complexă conferită de cele două subsisteme majore din care acesta este alcătuit şi anume biotopul (mediul fizico-chimic abiotic) şi biocenoza (totalitatea vieţuitoarelor comunitatea de plante animale microorganisme care au ca suport un anumit biotop) Ecosistemul sau sistemul ecologic reprezintă ceea ce ecologii numesc unitatea funcţională fundamentală a biosferei deoarece biosfera icircn ansamblul ei este alcătuită din aceste formaţiuni cu dimensiuni spaţiale şi temporale icircn care manifestarea vieţii este integrată icircn mediul local şi se manifestă icircn mod unitar Cu alte cuvinte un ecosistem cuprinde toată materia vie (microorganisme plante şi animale) inclusă icircntr-un spaţiu definit care constituie substratul manifestării acesteia dar şi componenta abiotică a acestui sistem

Deşi aparent orice combinaţie de manifestare a vieţii pe suport medial poate da impresia existenţei unui sistem ecologic icircn realitate pot fi considerate ecosisteme numai acele asociaţii ale vieţii cu mediul abiotic ce au un anumit grad de stabilitate şi la nivelul cărora se manifestă fluxuri materiale şi energetice

Deşi Forbes (1887) realizează pentru prima dată unitatea vieţii şi mediului ca un sistem pe care l-a denumit microcosmos termenul de ecosistem a fost introdus icircn 1935 de ecologul britanic Sir A G Tansley care a descris sistemele naturale ca o continuă interacţiune dintre componenta vie şi minerală a acestora Perspectiva lui Tansley asupra conceptului de ecosistem are la bază icircn special aspectul funcţional al acestui sistem biologic mai ales din punct de vedere trofic Principala caracteristică a ecosistemului este aceea că la nivelul acesteia se manifestă productivitatea biologică şi se realizează producţia biologică

Concepţia ecologică modernă stabileşte mai multe categorii de structuri ale ecosistemului Cel mai uşor de identificat este modalitatea de stratificare a ecosistemului deoarece cele mai multe ecosisteme prezintă două straturi principale autotrof şi heterotrof

Stratul autotrof alcătuit din totalitatea populaţiilor de plante este situat superior şi beneficiază de accesul necondiţionat la radiaţia solară luminoasă ceea ce presupune o mai mare eficienţă a procesului de fotosinteză şi deci o producţie primară (producţie de substanţă organică) ridicată Stratul heterotrof este alcătuit din organisme care nu au acces la energia luminoasă (fără plante) şi este dependent de existenţa organismelor autotrofe icircn scopul asigurării necesarului energetic

Ecosistemele sunt foarte variate ca dimensiune şi complexitate Spre exemplu o insulă din zona tropicală poate avea un ecosistem format de pădurea umedă tropicală care se poate icircntinde pe sute şi mii de hectare un ecosistem format de zona mlăştinoasă a asociaţilor de mangrove şi un ecosistem subacvatic reprezentat de recifurile coraligene şi biocenozele aferente

Definirea conceptului de ecosistem nu trebuie interpretată de o manieră simplistă sub forma unei relaţii de genul biotop + biocenoză = ecosistem Populaţiile din componenţa biocenozei sunt capabile nu numai să suporte rigorile mediului ambiant (biotopului) ci să-l şi transforme ceea ce determină noi interacţiuni icircntre specii (interacţiuni indirecte) ceea ce conduce la definirea unui sistem de interacţiuni complex ale speciilor icircntre ele şi ale speciilor cu mediul Acest tip de sistem reprezintă sistemul ecologic sau ecosistemul Dintr-un alt punct de vedere se poate observa că ecosistemul este alcătuit din cinci subsisteme (trofice) fundamentale

1 substanţe de natură anorganică (elemente chimice sau substanţe minerale)2 producători primari (toate plantele şi unele microorganisme fotosintetizatoare)3 animalele consumatoare (consumatori primari şi secundari de diferite ordine)4 detritusul vegetal şi animal (materie organică rezultată după moarte organismelor vii)5 microorganisme reducătoare sau descompunătoare (organisme ce reduc materia organică la

componenţii minerali)

O schemă a modului de interacţiune dintre componentele ecosistemului este prezentată icircn figura 3Icircntr-un mod mai simplist şi reducacircnd componentele ecosistemului la cele mai importante putem

afirma că structura ecosistemelor este determinată de o varietate de factori care se manifestă inter-relaţional dintre care cacircteva din cele mai importante componente sunt solul atmosfera radiaţia solară apa ndash toate acestea caracterizacircnd biotopul şi organismele vii care ocupă acest biotop reprezentacircnd biocenoza sau comunitatea de plante şi animale specifice unui anumit biotop

Figura 3 Prezentarea schematică a principalelor subsisteme ale ecosistemuluiSe poate reliefa şi o structură biochimică a ecosistemului dacă se consideră modul icircn care sunt

reprezentate cantitativ diversele substanţe (organice sau anorganice libere sau icircnglobate icircn biomasa organismelor) implicate icircn funcţionarea ecosistemului

Avacircnd icircn vedere importanţa unor anumite substanţe (aşa numite substanţe active) pentru funcţionarea ecosistemului cum sunt pigmenţii fotosintetizatori s-a realizat o diferenţiere a ecosistemelor din punct de vedere al eficienţei productivităţii primare Studiul clorofilei a a condus la evidenţierea a patru categorii de ecosisteme

Ecosisteme stratificate Icircn această categorie se includ toate tipurile de păduri ecosistemele cu vegetaţie ierboasă icircnaltă (de tip savană) ecosistemele artificiale (culturi agricole) Acestor ecosisteme le este caracteristică evidenţierea unor substraturi vegetale cu o concentraţie diferită a concentraţiei de clorofilă determinată de reducerea pe orizontală a intensităţii radiaţiei solare Icircntr-un ecosistem stratificat concentraţia de clorofilă a este de aproximativ 04 g pacircnă la 3 g pe metru pătrat ( 1 gram de clorofilă poate produce 04-4 g oxigenoră)

Ecosisteme umbrite Icircn aceste ecosisteme stratul autotrof are un singur nivel Concentraţia de clorofilă a este asemănătoare cu cea existentă le nivelul inferior al ecosistemelor stratificate Caracteristic acestor ecosisteme le este un proces de fotosinteză de cacircteva ori mai redus ca intensitate comparativ cu ecosistemele stratificate Icircn condiţii de iluminare redusă concentraţia de clorofilă a are valori medii foarte scăzute (0001- 05 gm2)

Ecosisteme mixte Aceste tipuri de ecosisteme sunt similare nivelului mediu din ecosistemele de tip stratificat Ele sunt de regulă ecosisteme acvatice icircn care rolul principal icircn realizarea producţiei primare icircl deţin algele planctonice (fitoplanctonul) Datorită bdquomigraţieirdquo diurne pe verticală a algelor microscopice nu se poate identifica totuşi o stratificare stabilă Concentraţia de clorofilă a este variabilă icircn intervalul 002- 1gm2 cu o eliberare de oxigen de 1-10goră pentru fiecare gram de clorofilă

Ecosistemele de lumină Icircn această categorie de ecosisteme sunt incluse acele ecosisteme caracterizate de existenţa unor straturi vegetale cu o dezvoltare nesemnificativă pe verticală Cu alte cuvinte ele sunt din acest punct de vedere ecosisteme mono-strat

Exemple de astfel de ecosisteme sunt peliculele de alge sau cele de licheni culturile agricole (ecosisteme artificiale) mai ales icircn primele stadii de dezvoltare a vegetaţiei sau culturile experimentale expuse iluminării artificiale abundente Concentraţia de clorofilă a este similară cu aceea de la nivelul superior din ecosistemele stratificate 001-06gm2 1g de clorofilă fiind implicat icircn eliberarea a 8-40g oxigenoră

Există evident şi alte criterii de clasificare a ecosistemelor Spre exemplu pentru ecosistemele acvatice s-au luat icircn considerare principalele grupe de organisme acvatice (nectonul planctonul bentosul) sau domenii ale mediului acvatic cum sunt domeniul pelagial bental etc dar şi criteriul energetic (Tab 1) mai exact mărimea fluxului energetic prin ecosistem (Odum 1972)Cea mai importantă sursă energetică este evident energia radiantă solară Odată fixată de către plante energia icircncorporată icircn masa organică circulă icircn cadrul ecosistemului sau poate fi de asemenea trecută dintr-un ecosistem icircn altul printr-o serie de procese care includ migraţia animalelor vacircnătoare recoltarea plantelor fenomene de eroziune etc

41 Biotopul

Descrierea unui ecosistem se poate realiza prin raportarea la componenta abiotică a acestuia icircn primul racircnd sub aspectul fizionomiei şi tipologiei şi icircn al doilea racircnd din punctul de vedere al structurii sale spaţiale Se apreciază că icircn condiţii asemănătoare de viaţă se realizează structuri similare de specii icircn cadrul biocenozei Conceptul de biotop defineşte acel subsistem fundamental al ecosistemului care icircnglobează toţi factorii externi de natură abiotică ce afectează organismele vii Biotopul este deci substratul mediul fizico-chimic pe care sau icircn care populaţiile componente ale biocenozei comunităţile de plante animale şi microorganisme trăiesc se dezvoltă şi se reproduc

Caracterele particulare ale biotopului determină caracteristicile structurale şi funcţionale ale biocenozei asociate In mediul acvatic acest fapt este evident chiar dacă se ia icircn considerare fie şi numai morfologia biotopului S-a remarcat icircn acest sens faptul că recife artificiale pot modifica structura biocenozei şi productivitatea biologică locală a unor ecosisteme marine şi oceanice prin apariţia unor habitate specifice care vor constitui suportul pentru o creştere a diversităţii biologice De exemplu creşterea productivităţii piscicole icircn astfel de ecosisteme acvatice este atacirct de importantă cantitativ icircncacirct metoda introducerii recifelor artificiale este frecvent utilizată icircn pescăriile marine şi oceanice reprezentacircnd un succes evident al ecologiei aplicate

Cele mai multe specii sunt supuse presiunii mediului abiotic cel puţin icircn anumite zone geografice ale arealului lor prin acţiunea factorilor mediului abiotic cum sunt climatul apa lumina substanţele minerale Nici o specie nu este adaptată să supravieţuiască icircn toate condiţiile existente pe Pămacircnt Toate speciile au limite specifice de toleranţa la acţiunea factorilor fizici şi chimici care afectează direct sau indirect succesul supravieţuirii şi reproducerii acestora Intervalul de valori cuprins icircn icircntregul spectru de variaţie a factorilor abiotici icircn care speciile pot supravieţui şi persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleranţă iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleranţă Valorile factorilor abiotici cuprinse icircn intervalul de toleranţă la care speciile sau populaţiile funcţionează icircn modul cel mai eficient alcătuiesc intervalul optim (optimul dezvoltării)

Chimistul german Liebig (1840) a lansat ipoteza considerată multă vreme un principiu ecologic fundamental că organismele vii sunt icircn general limitate de către acţiunea unui singur factor al biotopului care este insuficient icircn comparaţie cu necesităţile acestora La acel moment ecologii au considerat această idee atacirct de interesantă icircncacirct au denumit-o legea minimului sau legea minimului lui Liebig icircncercacircnd totodată să determine acel singur factor care limitează creşterea şi dezvoltarea speciilor

Mai tacircrziu multe studii au relevat faptul că acest concept nu este adecvat pentru a putea explica limitele de distribuţie pentru cele mai multe specii sau oricum explicaţia este prea simplistă

S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici interacţiunea acestora potenţacircnd sau diminuacircnd efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat

411 Factorii mediului abiotic

Din punct de vedere a modului lor de acţiune şi al efectelor pe care variaţiile factorilor mediului abiotic le produc asupra funcţionării speciilor din biocenoză se poate considera că principalii factori fizico-chimici se pot manifesta icircn două moduri distincte

O manifestare a fluctuaţiei valorilor acestora icircntr-un anumit interval cu o anume amplitudine şi o periodicitate bine definită deci o manifestare bdquonormalardquo conduce la fenomene cum sunt ciclul nictemeral (alternanţa noapte-zi) succesiunea anotimpurilor mareele etc la care speciile sunt adaptate

Acest tip de fluctuaţii ale factorilor abiotici sunt fie benefice pentru populaţii fie uşor de suportat de către acestea Un alt tip de manifestare a acţiunii factorilor abiotici ai mediului este reprezentat de fluctuaţia icircntacircmplătoare a acestora şi icircnregistrarea unor valori bdquoanormalerdquo ale amplitudinii variaţiei lor dincolo de limitele obişnuite Acest tip de acţiune perturbă activitatea normală a ecosistemului şi are de regulă efecte nefaste asupra populaţiilor din biocenoză

Exemple de astfel de bdquoanomaliirdquo icircn manifestarea factorilor de mediu pot fi temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate care depăşesc flagrant media maximelor sau minimelor termice precipitaţii extrem de abundente (inundaţii catastrofale) perioade de secetă prelungită furtuni deosebit de puternice erupţii vulcanice etc

Principala deosebire icircntre cele două moduri de manifestare a factorilor abiotici mediali constă icircn efectele pe care le produc asupra populaţiilor naturale Icircn cazul icircn care factorii fluctuează icircn limite normale speciile se adaptează şi efectele sunt benefice neutre sau afectează icircn mod nesemnificativ efectivele populaţiilor

Icircn cazul extrem cacircnd amplitudinea variaţiei factorilor de mediu este extrem de mare efectul lor aspra biocenozei este deosebit de semnificativ şi se exprimă prin scăderea efectivelor populaţiilor uneori pacircnă la valori ale numărului de indivizi care permit cu dificultate refacerea efectivului iniţial iar icircn cazuri extreme pot conduce la dispariţia populaţiilor

4111 Lumina solară

Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară Desigur există şi alte surse luminoase sau calorice cum sunt lumina artificială lumina de natură biologică energia geotermică dar impactul global al acestora asupra ecosferei este limitat accidental sau de importanţă locală Soarele este deci cea mai importantă sursă de energie pentru derularea activităţii normale la nivelul majorităţii ecosistemelor lumina solară manifestacircndu-şi rolul energetic fundamental icircn procesul de fotosinteză prin care plantele produc substanţă organică pornind de la elemente minerale

Lumina vizibilă perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio microundele radiaţiile infraroşii lumina vizibilă radiaţiile ultraviolete radiaţiile x şi radiaţiile gamma

Energia solară este energia radiantă produsă de Soare ca urmare a reacţiilor de fuziune nucleară ce se produc icircn interiorul acestei stele presupunacircnd fuziunea a două nuclee uşoare de hidrogen care determină

apariţia unor nuclee grele de deuteriu ( 12 H ) Deuteriul se combină după reacţia

12 H+1

2 Hrarr23 He+0

1 n+32 MeV

din care rezultă heliu un neutron liber şi o cantitate de energie de 32 MeV ceea ce icircnseamnă 51 10 -

13 J sau 12 10-13 calorii Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu

atmosfera şi suprafaţa pămacircntului Cantitatea de energie solară care ajunge la nivelul superior al atmosferei terestre considerată atunci cacircnd Pămacircntul se află la distanţa medie faţă de Soare este cunoscută sub denumirea de constantă solară şi are valoarea medie de 137 106 erg sec şi cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut şi cm2 Deşi intensitatea radiaţiei solare nu este constantă variaţia acesteia este destul de redusă fiind estimată la circa 02 icircntr-un interval de timp de 30 ani Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pămacircntului este mai redusă decacirct valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră

Cantitatea de energie incidentă este diferită icircn funcţie de momentul zilei sezon şi poziţia geografică Din cantitatea totală de 25 1018 calorii pe minut care pătrunde icircn atmosfera terestră la suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 16 calcm2 şi pe minut Valorile ce se icircnregistrează la diferite latitudini sunt foarte diferite şi au următoarele valori medii anuale icircn zonele nordice 40 000 ndash 50 000 calcm2 icircn zonele temperate 80 000 ndash 15 000 calcm2 icircn zonele tropicale mai mult de 200 000 calcm2

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse icircntre 1 Ǻ ( Angstrom 1 Ǻ = 10 -10m) şi cacircţiva kilometri (icircn cazul undelor radio lungi) Cea mai mare pondere din energia solară incidentă o deţin icircnsă radiaţiile cu lungimi de undă cuprinse icircntre 02 10-6 şi 4 10-6 metri

Radiaţiile vizibile ale spectrului solar reprezintă aproximativ 42 procente Acestea sunt radiaţiile care permit organului vizual al animalelor să vizualizeze mediul icircnconjurător asiguracircnd astfel comunicarea vizuală dintre acestea şi orientarea icircn cadrul habitatului Din zona vizibilă a spectrului icircn procesul de fotosinteză se utilizează numai aproximativ 21 din energia solară

La nivelul ecosistemelor acvatice energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 14 1012 calorii pe minut Din această energie o cantitate variabilă icircntre 3 şi 40 este reflectată de suprafaţa apei icircn funcţie de unghiul de incidenţă şi de gradul de agitaţie al suprafeţei luciului de apă

Apa absoarbe lumina icircn mod diferit icircn funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare şi icircn consecinţă tipul de lumină care pătrunde icircn diverse orizonturi acvatice este diferit Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid icircn timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde uneori pacircnă la 1000 m adacircncime Radiaţiile bdquoverzirdquo ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante icircn cadrul fotosintezei clorofiliene De aceea icircn mări şi oceane la orizonturile la care pătrund aceste radiaţii plantele acvatice de genul algelor roşii care pot fi prezente pacircnă la adacircncimi de 500 m utilizează un pigment diferit de clorofilă un pigment roşu denumit ficoeritrină Icircn general spectrul luminii albe utilizabile de către plante icircn procesul de fotosinteză este caracterizat de o utilizare maximă a radiaţiilor albastre şi roşii şi de o utilizare minimă a radiaţiilor verzi Icircn figura 5 este reprezentat spectrul absorbţiei luminii de către ansamblul pigmenţilor implicaţi icircn procesul de fotosinteză exprimat icircn procente din lumina bdquoalbărdquo cu precizarea că diversele lungimi de undă sunt considerate a fi distribuite uniform icircn cadrul radiaţiei solare

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde icircn ecosistemele acvatice este diferită icircn funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie refracţie absorbţie şi dispersie Din acest motiv transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adacircncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante icircn procesul de fotosinteză

Icircn apele cu transparenţa de unu pacircnă la doi metri la adacircncimea de 1 m pătrunde numai 5 pacircnă la10 din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei iar la adacircncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0003 ndash 001 calcm2 şi minut

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 2: Introducere în ecologie

Interesul crescacircnd al publicului larg şi icircngrijorarea manifestată pentru problematica legată de sănătatea mediului şi diversele programe derulate icircn acest sens au condus uneori la confuzii icircntre conceptul de mediu sau ştiinţa mediului şi ecologie

Trebuie să remarcăm faptul că ecologia este o disciplină ştiinţifică cu un domeniu distinct de activitate care este implicată de asemenea şi icircn studiul sau icircnţelegerea unor probleme legate de mediu dar nu este exclusiv o bdquoştiinţă a mediuluirdquo

Ecologia modernă icircncepe icircntr-o anumită măsură cu Charles Darwin care icircndezvoltarea teoriei sale a evoluţiei leagă adaptarea organismelor la mediul lor de viaţă de procesul selecţiei naturale De asemenea o contribuţie importantă icircn conturarea ecologiei au avut-o biologii (de exemplu Alexander von Humboldt) preocupaţi de geografia plantelor (geobotanică) de modul icircn care s-a realizat distribuţia plantelor pe glob

Considerat fondatorul sistematicii moderne Carl von Linneacute aduce de asemenea contribuţii interesante sub aspect ecologic icircn lucrarea bdquoIstoria plantelorrdquo(1750) publicată chiar mai icircninte de apariţia şi definirea termenului bdquoecologierdquo prin observaţiile fenologiei (studiul fazelor de dezvoltare) şi distribuţiei geografice a plantelor

Georges Louis Leclerc du Buffon observă icircn bdquotratatelerdquo de istorie a mamiferelor şi păsărilor legături existente icircntre morfologia şi anatomia animalelor şi mediul icircnconjurător

Deşi Haeckel rămacircne icircn istoria ecologiei el nu realizează totuşi studii ecologice icircn adevăratul sens al cuvacircntului bdquoŞcoala haeckelianărdquo a condus icircnsă la dezvoltarea interesului pentru problematica ecologică Un distins discipol al lui Haeckel a fost savantul romacircn Grigore Antipa care are importante contribuţii icircn elaborarea strategiei de exploatare raţională a zonelor umede din Romacircnia şi icircn special a Deltei Dunării mai ales sub aspect piscicol Modelele sale de strategie privind exploatarea durabilă a resurselor au fost aplicate cu succes icircn diverse zone geografice ale lumii lunca fluviului Illinois(USA) bazinele fluviilor Rhin şi Volga

Cu toate că nu a existat o reală dezvoltare etapizată a ecologiei ca ştiinţă se pot remarca anumite perioade de timp caracterizate prin preocupări succese şi abordări specifice ale studiilor ecologice icircncepacircnd cu momentul apariţiei sale

12 Conturarea ecologiei ca ştiinţă

Procesul conturării ecologiei ca ştiinţă poate fi icircncadrat icircn perioada de timp 1886 ndash 1911 jalonată de momentul icircn care Haeckel a formulat prima definiţie a ecologiei şi respectiv anul apariţiei lucrării lui V Shelford cu referire la bdquolegea toleranţeirdquo

Icircn această etapă sunt de semnalat cacircteva bdquoevenimenterdquo importante pentru viitorul ecologiei Karl Moumlbius (1877) formulează ideea că organismele nu pot trăi independent ci formează bdquocomunităţirdquo denumite mai tacircrziu şi bdquobiocenozerdquo FA Forel descoperă stratificaţia termică a apei şi implicaţiile acestui fenomen pentru viaţa icircn mediul acvatic FE Clemens introduce noţiune de bdquohabitatrdquo E Warming utilizează pentru prima dată conceptul de comunitate icircn studiul ecologic al plantelor Acest relativ scurt interval de timp este caracterizat prin realizarea unor studii referitoare la specii cercetate icircn anumite condiţii de viaţă la studiul unor condiţii de mediu particulare Este important să menţionăm că apar şi primele idei de natură integrativă ceea ce permite conturarea primelor concepte şi metode care vor deveni fundamentale icircn studiul sistemelor ecologice

Ecologia trofică este caracteristică unei perioade de timp cuprinsă convenţional icircntre anii 1911 şi 1940 cacircnd Ch Juday publică o lucrare referitoare la energetica lacurilor Deşi fundamentată icircn perioada interbelică ecologia trofică este icircncă icircn esenţa ei o concepţie actuală Principalele repere ale acestei etape sunt constituite de cacircteva evenimente Ch Elton (1927) pune bazele ecologie trofice prin publicarea volumului bdquoEcologia animalărdquo Se remarca modul de structurare a ecosistemelor mai ales icircn funcţie de relaţiile de hrănire dintre organisme Se definesc conceptele şi metodologiile de studiu ale ecologiei şi se icircncearcă explicarea distribuţiei geografice a animalelor prin intermediul studiilor fiziologice

Studiul reglajelor numerice ale populaţiei utilizează legi ale fizicii şi se elaborează conceptul de bdquorezistenţă a mediuluirdquo AG Tansley (1935) defineşte noţiune de bdquoecosistemrdquo prin care icircnţelege unitatea sistemică formată din biocenoză şi mediul ei abiotic (biotop) şi se realizează primele studii icircn legătură cu ciclurile biogeochimice

Studiile referitoare la ecologia plantelor conduc la conturarea şi afirmarea unei noi discipline ştiinţifice geobotanica Apare bdquoecologia demograficărdquo ce se va cristaliza icircntr-o ramură ecologică mai cunoscută icircn prezent ca bdquoecologia populaţieirdquo ca o consecinţă a aplicării concepţiei trofice icircn studiul reglajelor numeric ale populaţiei şi dinamicilor acesteia Icircn etapa ecologiei trofice se derulează activităţi de cercetare a unor ecosisteme de diferite grade de complexitate ceea ce a determinat implicit diversificarea şi aprofundarea problematicii ecologice

O etapă a ecologiei trofo-energetice poate fi demarcată de anii 1940 şi 1964 Icircn acest interval de timp se remarcă de asemenea preocupări şi tendinţe specifice ale cercetării ecologice Se realizează adoptarea caloriei ca unitate de echivalenţă universală pentru integrarea sub aspect valoric a componentelor abiotice şi biotice icircn studiile de energetică a sistemelor biologice Explicarea structurii şi funcţionalităţii ecosistemelor icircn funcţie de schimbările energetice a permis o apreciere mai adecvată a productivităţii biologice Ca urmare a formulării teoriei matematice a informaţiilor se conturează ecologia informaţională

Icircncepacircnd cu anul 1964 cacircnd UNESCO lansează Programul Biologic Internaţional se afirmă o nouă etapă a integrării şi modelării icircn ecologie Principalele coordonate ale acestei etape sunt reprezentate de unificarea metodelor de cercetare şi valorificarea unor cercetări anterioare şi inventarierea unor procese ecologice la scară planetară utilizarea cu predilecţie a ecologiei informaţionale icircn studiile demografice şi trofo-energetice precum şi studiul mai accentuat al productivităţii diferitelor tipuri de ecosisteme Se remarcă o mai frecventaă utilizarea a programelor de prognoză mai ales icircn studiile de ecologie aplicată Anii 80 ai secolului trecut pot delimita trecerea la o nouă etapă a evoluţiei ecologiei datorită modului preponderent de abordare a problematicii specifice atacirct icircn cerecetările practice cacirct şi din punct de vedere conceptulal Din acest moment se poate vorbi de ecologia sistemică Etapele evoluţiei ecologiei sunt prezentate sintetic şi diagarmatic icircn figura 1

Ecologia este şi icircn prezent o ştiinţă interdisciplinară mai ales prin faptul că utilizează metode concepte şi noţiuni specifice altor ştiinţe şi discipline ştiinţifice icircn scopul abordării eficiente a problematicii specifice dar se poate vorbi şi de subdiviziuni sau ramuri ale ecologiei care au apărut ca urmare a necesităţii de aprofundare a anumitor aspecte ale studiului ecologic

Datorită diversificării problematicii abordate şi a complexităţii aspectelor studiate ecologia are conexiuni cu diverse ştiinţe sau ramuri ale acestora cum sunt matematica icircn special statistica utilizată de exemplu icircn studiile de dinamică a populaţiilor fizica chimia etc

Ecologia se individualizează totuşi prin urmărirea punctului de vedere ecologic adică al importanţei proceselor şi fenomenelor considerate icircn ansamblu pentru funcţionarea sistemelor biologice supraindividuale De aceea se poate aprecia că interdisciplinaritatea nu constituie neapărat caracteristica cea mai evidentă a ecologiei

Mai important de remarcat sunt modalităţile prin care utilizacircnd unele concepte noţiuni şi metode care aparţin altor domenii ale ştiinţei ecologia a realizat propriile metodologii de abordare a domeniului său de studiu

2 Teoria sistemică icircn ecologie

Un sistem este definit icircn bdquoEnciclopedia universalărdquo ca fiind un ansamblu de fenomene şi evenimente independente care este extras din lumea exterioară printr-o acţiune intelectuală arbitrară vizacircndu-se tratarea acestui ansamblu cu un icircntreg (tot unitar)

Icircn această definiţie referirea la lumea exterioară presupune faptul că un sistem real nu poate fi exista izolat ci el trebuie să aparţină unui sistem mai cuprinzător icircn cadrul căruia are anumite atribuţii De asemenea un sistem presupune existenţa unui ansamblu de elemente (de obicei alte sisteme sau subsisteme) componente care sunt icircn corelaţie icircn scopul asigurării funcţionalităţii icircntregului De aceea putem denumi sistemul ca fiind un ansamblu de părţi sau componente interconectate prin legături funcţionale Aceste legături (conexiuni) implică mişcare şi evoluţie elemente care sunt perfect sesizabile icircn cazul sistemelor particulare pe care le denumim sisteme biologice şi care le conferă acestora cacircteva categorii de proprietăţi

Una din principalele proprietăţi ale sistemelor biologice este aceea că elementele componente ale unor astfel de sisteme depind unul de altul icircn ceea ce priveşte atacirct funcţionarea cacirct şi evoluţia acestora

Elementul fundamental al manifestării vieţii este reprezentat de individul biologic deci de organism Pornind de la această premisă sistemele biologice se pot clasifica icircn

a) sisteme biologice individuale reprezentate de organismele viib) sisteme biologice supraindividuale care includ mai multe organisme fie populaţii dacă

organismele componente au o origine comună (aparţin aceleiaşi specii) fie comunităţi sau biocenoze icircn cazul icircn care organismele aparţin unor specii diferite de plante şi animale sau biosfera care este alcătuită de totalitatea ecosistemelor complexe ale Pămacircntului care icircmpreună conţin toate formele sub care se manifestă viaţa

Toate sistemele biologice supraindividuale sunt formate dintr-un număr variabil de organisme (indivizi) icircntre care există conexiuni reciproce de natură genetică structurală funcţională sau spaţială Aceste tipuri de sisteme biologice icircn relaţie cu substratul pe care se manifestă constituie obiectul general de studiu ecologic Ansamblul elementelor componente ale unui sistem supraindividual poate fi imaginat şi reprezentat sub forma unei organigrame de interacţiuni (Fig2) Icircn organigramă subsistemele (elementele componente) sunt desemnate prin litere iar interacţiunile dintre sau la nivelul acestora prin diferite tipuri de săgeţi liniile continue desemnează acţiunile directe liniile discontinue indică prezenţa unor acţiuni indirecte liniile curbe indică acţiunea unui element supra lui icircnsuşi

De asemenea acţiunea se poate manifesta icircntre elementele sistemului icircntr-un singur sens sau icircn ambele sensuri Cele cinci compartimente ale schemei sunt figurate diferit pentru a reprezenta faptul că elementele componente ale sistemului pot fi şi deferite (nu sunt neapărat identice)

Icircn figura 2 sunt reprezentate tipurile de acţiuni şi sensul acestora dar nu este evidenţiată nici intensitatea acţiunii şi nici bdquovitezardquo rapiditatea acesteia elemente cu o semnificaţie deosebită pentru funcţionalitatea sistemului Din acest punct de vedere se pot diferenţia două tipuri de acţiuni acţiuni bdquoputernicerdquo şi acţiuni bdquoslaberdquo (Frontier şi Pichod-Viale 1991) Deosebirea dintre aceste două categorii de acţiuni este reliefată de modalitatea prin care se măsoară intensitatea şi viteza acţiunii Se pot distinge astfel două aspecte

Primul se referă la gradul de determinare a unei variabile ce caracterizează un compartiment (element subsistem) al sistemului prin intermediul altui compartiment Icircn termeni statistici bdquoforţardquo de acţiune a compartimentului A asupra compartimentului B poate fi măsurată prin proporţia variaţiei compartimentului B datorată variaţiilor compartimentului A Conform teoriei informaţiei se poate aprecia cantitatea de informaţie transmisă de la compartimentul B către compartimentul A

Al doilea element este reprezentat de durata acţiunii Icircn mod obişnuit acţiunea indirectă este caracterizată de un timp mai mare de realizare icircn comparaţie cu durata de realizare a unei acţiuni directe deoarece acţiunea indirectă presupune faze sau etape intermediare ceea ce măreşte durata de finalizare a acesteia Se poate presupune deci că o astfel de acţiune derulată pe un interval mai larg este de regulă o acţiune bdquoslabărdquo

La nivelul ecosistemelor sisteme cu o complexitate deosebită tendinţa informaţiei este de a se disipa şi disemina pe diverse parcursuri simultane Reprezentarea prin intermediul diagramelor devine astfel mai complicată pe de-o parte datorită numărului mare de compartimente dar şi datorită numărului crescut de reprezentări ale acţiunilor prin intermediul săgeţilor Vom avea astfel reţele foarte complexe de interacţiuni evident mai dificil de studiat

Studiul reţelelor complexe de interacţiuni din cadrul ecosistemelor este realizat icircntr-un mod mai facil de aplicarea teoriei grafurilor care permite analiza unei reţele prin intermediul unor termeni specifici ca bdquobuclerdquo şi bdquonodurirdquo fapt ce permite deducţia logică a unui număr mare de

proprietăţi care altfel ar fi dificil de relevatUna din aceste proprietăţi este tranzitivitatea Icircn principiu tranzitivitatea presupune următorul

raţionament dacă un element A acţionează asupra elementului B iar elementul B va acţiona asupra unui alt element notat cu C rezultă că elementul A acţionează (icircn mod indirect) şi asupra elementului C După cum se observă tranzitivitatea presupune o acţiune indirectă adică o acţiune bdquoslabărdquo incapabilă de regulă să conserve caracteristicile de forţă şi viteză ale acţiunii iniţiale (acţiunea lui A asupra lui B)

Teoria informaţiei lansată de Shannon (1948) şi utilizarea noţiunii de bdquocantitate de informaţirdquo a permis atribuirea unei valori precise bdquoforţeirdquo unei interacţiuni Ca urmare se poate considera că un element A va adune mai multă informaţie unui element B dacă funcţionarea şi evoluţia elementului B depinde icircntr-o mai mare măsură de variaţiile elementului A mai exact de variaţiile elementului A percepute de elementul B Studiul reţelelor de acţiuni şi interacţiuni care să includă şi evaluarea performanţelor acestora poate fi interpretat ca o analiză a gestiunii informaţiei icircntr-un ecosistem

Icircnchiderea tranzitivă a unei reţele reprezintă ansamblul interacţiunilor directe stabilite prin conceptualizarea reţelei precum şi al acţiunilor indirecte pe care acestea le provoacă De aceea un ecosistem poate fi definit ca fiind bdquoicircnchiderea tranzitivă a unei reţele de interacţiuni icircntre populaţiile vii şi mediurdquo

3 Principalele tipuri de sisteme biologice şi caracteristicile lor generale

Materia vie este organizată sub forma sistemelor biologice de diferite grade de complexitate fapt ce permite ierarhizarea acestora plecacircnd de la criteriul universalităţii Cu alte cuvinte totalitatea sistemelor biologice aflate pe acelaşi nivel de organizare cuprinde icircntreaga materie vie iar un nivel de organizare a materiei vii nu este altceva decacirct ansamblul sistemelor vii echivalente Din acest punct de vedere se identifică următoarele nivele de organizare ierarhică a materiei vii

1 Nivelul individual care include toate biosistemele reprezentate de organismele animale sau vegetale toţi indivizii biologici indiferent de gradul lor de evoluţie

2 Nivelul populaţional ocupat de sistemele supraindividuale populaţii de plante sau animale care aparţin aceleiaşi specii sau care se confundă cu specia

3 Nivelul biocenotic reprezentat de comunităţi de plante şi animale (biocenoze) care se comportă ca sisteme biologice complexe

4 Nivelul biomic pe care se situează sisteme de o complexitate superioară (biomi) formate de asociaţii de biocenoze adiacente (acest nivel nu este unanim acceptat)

5 Nivelul biosferei reprezentat de ansamblul vieţii pe Pămacircnt adică de sistemul biosfereiSistemul biologic individual ne este altceva decacirct individul biologic organismul viu El este forma

elementară şi icircn acelaşi timp universală de manifestare a vieţii La nivelul acestui biosistem se manifestă legea specifică organismului biologic şi anume metabolismul care icircn esenţă este procesul prin care materia pătrunsă icircn organism este transformată de către acesta icircn substanţă proprie şi datorită căruia individul biologic poate exista dezvolta şi creşte

Studiul biochimic al transformărilor diferitelor substanţe pătrunse icircn organism s-a realizat relativ tacircrziu (1930) cacircnd datorită metodei stabilite de Stern şi Nanney s-a reuşit urmărirea proceselor parcurse de anumiţi compuşi metabolici importanţi la nivelul organismului Importanţa acestor cercetări a constat icircn faptul că s-a observat că organismul nu este sub toate aspectele o entitate bdquostaticărdquo Chiar şi celulele cu stabilitate recunoscută cum sunt cele nervoase sau musculare icircşi reicircnnoiesc total majoritatea componentelor pe parcursul existenţei lor utilizacircnd alte molecule Acest dinamism al componentelor organismului se manifestă şi la nivelul aminoacizilor care icircşi schimbă permanent atomii şi grupările chimice mici

Din acest motiv organismul nu este bdquoceva definitivrdquo El poate avea periodic o compoziţie complet diferită sub aspect micromolecular fapt care se datorează manifestării metabolismului Pentru a se

evidenţia şi măsura intrările şi ieşirile de materie şi energie deci bugetul energetic al organismului este clasic experimentul realizat de Lavoisier care a studiat pe cobai schimburile gazoase şi energetice

Rezultatul a fost demonstraţia că prin metabolizarea unui mol de glucide un organism animal produce aceeaşi cantitate de căldură (energie) şi dioxid de carbon (materie) şi necesită aceeaşi cantitate de oxigen pentru realizarea bdquoarderiirdquo metabolice ca şi icircn cazul combustiei la flacără a aceleiaşi cantităţi de glucide

Din punct de vedere ecologic sistemul populaţional este constituit din popualţia biologică sau specie Populaţia reprezintă de un grup de indivizi aparţinacircnd aceleiaşi specii care ocupă acelaşi areal Icircn principiu o specie este reprezentată de cel puţin una ( caz icircn care populaţia şi specia se confundă) sau mai multe populaţii

Deşi populaţiile sunt unice icircntr-un anumit sens ele au caracteristici generale diferite de ale indivizilor care intră icircn componenţa sa cum sunt anumite relaţii ce se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi populaţii (relaţii intraspecifice) o anumită structură a efectivului populaţiei (structura de sexe structura de vacircrste) un mod de funcţionare specific o anumită durată de activitate (longevitate specifică)

La nivelul populaţiei se manifestă selecţia naturală şi deci adaptarea speciilor la fluctuaţiile factorilor de mediu Izolarea populaţiilor poate determina local apariţia unor caracteristici specifice care se pot dovedi utile pentru specie

De asemenea la nivelul populaţiei se sesizează tendinţa dispersiei indivizilor din zonele cu densitate crescută spre locaţii cu o mai mică densitate O altă caracteristică a populaţiei este aşa numita capacitate de suport ceea reprezintă de fapt media numărului maxim de indivizi pe care o populaţie icircl poate atinge icircn anumite condiţii date

Studiile de dinamică şi genetică a populaţiilor icircn particular efectele eredităţii şi evoluţiei populaţiei sunt extrem de importante pentru activitate umană de intervenţie icircn ecosistemele naturale sau artificiale

Biocenoza sau comunitatea de plante şi animale este sistemul biologic supraindividual care presupune coexistenţa icircntr-un anumit areal a unor populaţii diferite de plante animale şi microorganisme diferenţiate funcţional şi icircn acelaşi timp interdependente la nivelul căruia se manifestă o caracteristică fundamentală şi anume existenţa relaţiilor interspecifice Biocenoza reprezintă componenta vie a ecosistemului La nivelul biocenozei ca rezultat al relaţiilor dintre specii sau populaţii ale diferitelor specii se manifestă o altă caracteristică a acestui tip de sistem biologic şi anume productivitatea biologică

Biomul este o comunitate biotică caracterizată prin existenţa unor populaţii dominante de plante şi animale trăiesc icircntr-un anumit climat specific de regulă unor zone geografice mai extinse Biomul poate fi privit ca o asociaţie de biocenoze adiacente din punct de vedere geografic ceea ce le conferă particularităţi distincte Deoarece iniţial definirea biomului a fost aceea de bdquoformaţiuni (asociaţii) vegetalerdquo majoritatea biomilor sunt denumiţi după tipul vegetaţiei dominante

Influenţaţi de latitudinea şi altitudinea geografice de temperatură şi regimul precipitaţiilor biomii tereştri sunt diferiţi şi includ variate tipuri de păduri icircntinderi ierboase (savana stepă tundră etc) şi zone deşertice Aceşti biomi includ de asemenea comunităţile specifice bazinelor acvatice incluse (lacuri bălţi mlaştini zone umede) Deşi aceste asociaţii de ecosisteme s-au format icircn zone geografice distincte există unele similarităţi ca urmare a selecţiei naturale

Diversitatea speciilor de animale precum şi a speciilor vegetale subdominante care sunt de regulă caracteristice fiecărui biom este controlată de condiţiile de mediu şi de productivitatea vegetaţiei dominante Icircn general diversitatea speciilor este mai mare dacă producţia primară netă este suficient de mare şi există condiţii favorabile de umiditate şi temperatură

Adaptarea speciilor şi specializarea nişelor trofice pot fi observate foarte bine la nivelul biomilor Organismele care ocupă nişe trofice asemănătoare icircn ecosisteme similare dar separate geografic aparţin unor specii diferite care au dezvoltat icircnsă adaptări similare ca răspuns la modificarea similară a factorilor de mediu Principalele tipuri de biomi sunt prezentate succint icircn continuare

Tundra arctică şi alpină Tundra este un biom caracterizat de o vegetaţie din care lipsesc arborii şi arbuştii de talie mare dar icircn care există plante de talie mică iar suprafaţa solului este umedă si are o structură spongioasă larg răspacircndit icircn jurul latitudinii nordice de 60 grade Icircn adacircncime de cacircţiva centimetri pacircnă la cacircţiva metri icircn funcţie de zona geografică şi evoluţia temperaturii solul este icircngheţat

permanent alcătuind aşa numitul permafrost Astfel se explică absenţa plantelor cu rădăcini viguroase (arbori arbuşti etc)

Icircn cadrul acestui tip de biom atacirct precipitaţiile cacirct şi procesul de evaporare au valori minime iar icircn majoritatea zonelor temperatura medie icircn sezonul cald nu depăşeşte 100C Chiar icircn sezonul umed valoarea precipitaţiilor nu este mai mare de 25 mm dar suprafaţa solului este deseori saturată cu apă datorită ratei extrem de scăzute a evapotranspiraţiei

Diversitatea speciilor care populează tundra este scăzută Plantele sunt reprezentate de cacircteva specii de arbuşti pitici cacircteva specii de plante ierboase specii de plate cu flori dintre care cele mai comune aparţin familiei Cyperaceae muşchi şi licheni Plantele cele mai caracteristice tundrei sunt lichenii de tipul aşa numitei bdquoiarba renuluirdquo (Cladonia sp) Lichenii sunt plante mici verzi nevascularizate care aparţin clasei Musci filumul Bryophyta

Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore ca renii boul moscat mamifere din familia Leporidae genul Lepus (asemănătoare cu iepurii dar cu urechile şi picioarele mai mari) rozătoare ale genului Microtus (asemănătoare cu şobolanii) şi lemingi (rozătoare aparţinacircnd genului Lemmus) Dintre speciile carnivore mai frecvente sunt vulpea arctică ursul polar şi lupii Atacirct reptilele cacirct şi amfibienii sun slab reprezentate sau lipsesc datorită temperaturilor scăzute Tundra alpină este icircn oarecare măsură similară tundrei arctice dar lipseşte permafrostul iar suprafaţa solului nu este la fel de umedă datorită unei drenări mai bune a apei

Pădurile boreale de conifere Acest biom este reprezentat de păduri umede şi reci de conifere (sau taiga) care se icircntind pe suprafeţe vaste pe mai multe continente icircntre paralelele de 45 şi 57 grade latitudine nordică Climatul este rece şi foarte rece cu un surplus de umezeală icircn timpul verii Vegetaţia predominantă este reprezentată de diferite specii de conifere dintre care cele mai comune sunt Picea glauca Abies balsamea Pinus resinosa Pinus strobus Picea mariana Pinus contorta Pinus ponderosa etc) Datorită ecranării energiei luminoase plantele situate pe verticală la nivelul inferior sunt mai slab reprezentate

Solul pădurilor boreale este caracterizat de o litieră adacircncă şi o descompunere lentă a materiei organice datorită temperaturilor scăzute este un sol acid cu un deficit de substanţe minerale datorită mineralizării lente şi a faptului ca apa de precipitaţii antrenează şi icircndepărtează majoritatea mineralelor

Pădurile de foioase din zonele temperate Acest biom este caracterizat de un climat moderat şi arbori cu frunze căzătoare (foiase) Datorită condiţiilor climatice favorabile aceste tipuri de păduri au fost extrem de mult reduse ca suprafaţă ca urmare a intervenţiei umane prin transformarea lor icircn zone agricole sau zone urbane Plantele dominante aparţin următoarelor specii Acer sp Fagus sp Quercus sp Carya sp Populus sp Ulmus sp Salix sp etc

Plantele aflate la nivelurile inferioare coronamentului arborilor sunt bine dezvoltate şi diversificate ca specii De asemenea fauna este bine reprezentată de ierbivore carnivore şi unele specii de reptile şi amfibieni Solul este relativ fertil cu o litieră subţire datorită procesului rapid de descompunere a materiei organice

Zonele ierboase Această categorie defineşte un biom caracterizat prin prezenţa şi abundenţa vegetaţiei ierboase icircnalte sau mai puţin icircnalte Icircn Europa şi Asia denumirea acestor zone este stepă iar icircn America de Sud acest tip de biom se numeşte pampas Icircnainte de intervenţia omului preeriile cu iarbă icircnaltă erau formate mai ales din specii de Andropogon sp care alcătuiau dense zone ierboase cu icircnălţimi cuprinse icircntre 15 şi 2 metri Icircn zonele cu precipitaţii mai reduse predomină o specie de numai cacircţiva centimetri icircnălţime Buchloe dactyloides (bdquoiarba bizonuluirdquo)

Solul este de obicei foarte fertil cu o pondere mare a cernoziomurilor Icircn zonele mai uscate ale acestor biomi fertilitatea solurilor poate fi influenţată de salinitate Fertilitatea acestor ecosisteme a determinat exploatarea unor mari icircntinderi pentru culturi agricole cerealiere care suportă o umiditate mai scăzută

Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore mici şi rozătoare precum şi de ierbivore de talie mare şi diferite specii de carnivore Multe din aceste specii sunt ameninţate de distrugerea habitatului datorită extinderii culturilor agricole iar cacircteva sunt chiar pe cale de dispariţie

Deşertul Forma tipică de deşert este definită de existenţa unei vegetaţii slabe şi dispersate alcătuită mai ales din specii de arbuşti Cele mai importante biomuri deşertice sunt localizate icircntre paralelele de 25 şi 35 grade latitudine nordică şi sudică de regulă icircn interiorul continentelor

Existenţa deşerturilor este condiţionată climatic şi se datorează icircn mare parte prezenţei curenţilor de aer descendenţi ce limitează formarea precipitaţiilor care icircn cele mai multe zone deşertice nu depăşesc valoarea anuală de 25 milimetri Icircn cazul icircn care precipitaţiile sunt aproape absente vegetaţia poate lipsi icircn totalitate icircn unele zone deşertice Acolo unde există vegetaţia este reprezentată de arbuşti rezistenţi la secetă (Larrea divaricata Artemisia tridentata etc) şi plante suculente capabile să păstreze apa de genul cactuşilor

Cele mai multe mamifere de deşert sunt specii nocturne care astfel evită căldura excesivă din timpul zilei Sunt bine reprezentate diferite reptile (şopacircrle şi şerpi) care sunt specii poichiloterme precum şi de unele insecte

Chaparral-ul (pădurea sclerofilă sau zona cu vegetaţie săracă de tip mediteranean) Acest tip de biom are o distribuţie spaţială particulară fiind prezent icircn zone limitate icircntre 32 şi 40 grade latitudine nordică şi sudică de obicei pe coastele vestice ale continentelor Icircn aceste zone se manifestă un climat uscat datorat zonei de subtropicale de icircnaltă presiune ce durează o bună parte a anului din primăvara pacircnă toamna tacircrziu

Precipitaţiile sunt prezente mai ales icircn lunile de iarnă şi sunt datorate deplasării frontului polar şi asocierii acestuia cu furtunile cicloanelor de latitudine medie Media anuală a precipitaţiilor este de 300 pacircnă la 750 milimetri pluviometrici iar majoritatea acestor precipitaţii cad icircntr-o perioadă scurtă de timp (2 - 4 luni)

Acest climat foarte special determină ca vegetaţia existentă să dezvolte o serie de adaptări speciale pentru a rezista secetei şi focurilor naturale frecvente Se icircntacirclnesc specii de arbori şi arbuşti de talie redusă care nu icircşi pierd frunzele icircn sezonul secetos

Climatul uscat nu facilitează descompunerea materiei organice icircn sol şi eliberarea mineralelor ceea ce reduce mult fertilitatea solului şi deci nu permite plantelor să producă frunze noi la icircnceputul sezonului (aşa cum se icircntacircmplă la plantele foioase veritabile) Frunzele plantelor care trăiesc şi caracterizează acest biom sunt icircnsă foarte rezistente la condiţiile de secetă

Speciile de plante reprezentative sunt măslinul (Olea europea) eucaliptul acacia pinul maritim (Pinus pinaster) stejarul pitic (Quercus dumosa) şi specii asemănătoare (Quercus suber Quercus virginiana) Cele mai multe specii prezintă spini cu rol de apărare icircmpotriva erbivorelor)

Savana tropicală Savanele tropicale sunt zone ierboase icircn care se găsesc cu o densitate redusă arbori şi arbuşti rezistenţi la secetă care nu au de obicei icircnălţimi mai mari de 10 metri Din punct de vedere climatic aceste zone sunt caracterizate de un sezon umed şi un sezon secetos cu temperaturi ridicate pe tot parcursul anului Savanele ocupă suprafeţe foarte mari icircn estul Africii America de sud şi Australia Vegetaţia acestora asigură sursa de hrană pentru o mare diversitate de animale erbivore pe seama cărora există o varietate crescută de specii carnivore

Pădurile umede tropicale şi ecuatoriale Acest tip de biom se icircntacirclneşte icircntr-o zonă largă icircn jurul Ecuatorului icircn care temperatura şi umiditatea sunt relativ crescute pe tot parcursul anului Precipitaţiile sunt mai mari de 2000 pacircnă la 2500 milimetri şi sunt de regulă prezente pe tot parcursul anului

Vegetaţia este foarte abundentă şi diversificată astfel icircncacirct un kilometru pătrat poate conţine pacircnă la 100 de specii diferite de arbori Pentru comparaţie pe aceeaşi suprafaţă icircn zonele temperate există 3 sau 4 specii de arbori Densitatea acestei păduri este mare iar icircnălţimea arborilor este frecvent de 25-30 metri unele specii avacircnd icircnălţimi de pacircnă la 40 metri

Pădurea umedă tropicală bdquoascunderdquo de asemenea o mare varietate de animale Se presupune că 30 ndash 50 din toate speciile de animale de pe planetă se icircntacirclnesc icircn acest tip de biom

Chiar mediul marin şi oceanic este considerat de către unii ecologi ca avacircnd icircn structura lui biomi cum ar fi largul oceanului zonele litorale zonele bentale ţărmurile stacircncoase sau nisipoase estuarele sau zonele mlăştinoase asociate mareelor

Indiferent de locul pe care icircl ocupa icircn ierarhia care ia icircn consideraţie diferitele nivele de organizare a materiei vii sistemele biologice prezintă cacircteva caracteristici generale(Botnaruic şi Vădineanu 1982)

Caracterul istoric specific (nu numai) sistemelor biologice este datorat faptului că icircnsăşi sistemul integrator al biosferei a parcurs etape evolutive in timp la scară istorică icircn sensul creşterii complexităţii structurale şi funcţionale Implicit toate sistemele biologice contemporane sunt rezultatul proces de evoluţie şi dezvoltare mai mult sau mai puţin icircndelungat

Datorită capacităţii sistemelor biologice de a primi de a acumula procesa şi transmite informaţii specifice se poate reliefa caracterul informaţional al acestora Stugren (1982) consideră că sistemele biologice au evoluat icircn sensul creşterii complexităţii lor structurale şi de asemenea icircn sensul dezvoltării capacităţii de a vehicula informaţia biologică indiferent de aspectul cantitativ al materiei vii Latura calitativă a acestui proces informatic la nivelul biologic este reliefată de importanţa fidelităţii icircn sensul preciziei exactităţii cu care este procesată şi mai ales transmisă informaţia icircn sistemele biologice Este interesant de remarcat ca dacă icircn cazul unor sisteme informaţionale abiotice fidelitatea absolută in procesarea informaţiei este esenţială icircn mod paradoxal lipsa exactităţii totale icircn transmiterea informaţiei (genetice de exemplu) reprezintă pentru sistemele biologice o posibilitate de evoluţie icircn cazul icircn care selecţia naturală validează variantele favorabile ale erorilor

Se poate observa relativ simplu că particularităţile unui sistem biologic nu sunt neapărat caracteristice şi subsistemelor componente Cu alte cuvinte ceea ce caracterizează un sistem biologic nu este doar cumularea caracteristicilor elementelor care icircl compun Sistemul icircn ansamblul său are icircnsuşiri noi care pot fi extrem de diferite de cele ale subsistemelor pe care le integrează din punct de vedere calitativ Această calitate a unui sistem este cunoscută sub denumirea de integralitate şi a fost pusă icircn evidenţă prin studiul unor sisteme biologice supraindividuale Odum (1971) evidenţiază caracteristici suplimentare ale unor ecosisteme acvatice de tipul recif coraligen comparativ cu ecosistemele adiacente (productivitate biologică ridicată) aflate practic icircn aceleaşi condiţii mediale Este de asemenea cunoscut experimentul lui Kamşilov (1979) care e evidenţiat capacitatea crescută a unui ecosistem acvatic cu un grad de integralitate ridicat de a elimina prin capacitatea biologică de autoepurare agenţi poluanţi ai apei de tipul fenolilor decacirct aceeaşi capacitate determinată la nivelul unui sistem biologic simplificat deşi icircn ambele cazuri singurul component capabil de oxidarea fenolilor a fost acelaşi (bacteriile fenol-oxidante)

Gradul de eterogenitate al sistemelor biologice este dat de faptul că deşi icircn structura calitativă a acestora există şi elemente ce pot fi considerate identice cele mai multe componente sunt diferite Eterogenitatea sistemelor biologice reprezintă aşadar o măsură a diversităţii structurale a acestora Pentru că sistemele biologice sunt capabile de evoluţie conform caracterului lor istoric ele se dezvoltă fapt ce presupune mărirea gradului lor de complexitate şi deci creşterea eterogenităţii Icircn acest sens de regulă o eterogenitate mai mare determină şi o integralitate superioară şi că fiecărui tip de sistem icirci este caracteristică o anumită valoare optimă a eterogenităţii

Starea normală de existenţă şi manifestare a sistemelor biologice este aceea de echilibru dinamic Această caracteristică derivă din capacitatea acestora de a fi permanent icircntr-o continuă activitate ce presupune schimbul de materie energie şi informaţie cu mediul Capacitatea sistemelor biologice de a se menţine icircn cadrul unui interval definit de valori care definesc echilibrul dinamic determină caracterul specific antientropic al acestora Cu alte cuvinte sistemele biologice au mecanisme şi resurse energetice interne capabile să contracareze tendinţa de dezagregare caracteristică sistemelor fizice

Starea de echilibru dinamic realizată de sistemele biologice este posibilă datorită manifestării unei autoreglări a funcţionării acestora prin mecanismul de autocontrol O schemă generală a autocontrolului la nivelul sistemului biologic presupune existenţa unor subsisteme specializate icircn recepţia informaţiei din mediu prelucrarea acestei şi elaborarea unei reacţii cacirct mai adecvate la acţiunea excitanţilor mediali Pentru a compara icircn permanenţă eficacitatea reacţiei sistemului la acţiunea stimulantă a mediului şi deci autocontrolul sistemului se manifestă conexiunea inversă (feed-back) prin care sistemul este capabil să ajusteze icircn permanenţă valoarea răspunsului propriu la intensitatea factorilor care icircl stimulează

Botnariuc (1976) prezintă succint toate aceste caracteristici generale ale sistemelor biologice atunci cacircnd le defineşte ca fiind bdquosisteme deschise informaţionalerdquo care datorită modului lor specific de organizare au capacităţi specifice bdquode autoconservare autoreproducere autoreglare şi autodezvoltare de la

forme simple la cele complexe de organizare ele au un comportament antientropic şi finalizat care le asigură stabilitatea icircn relaţiile lor cu alte sistemerdquo

4 Ecosistemul

Icircn principiu atunci cacircnd ne referim la ecosistem icircnţelegem de fapt un sistem deschis cu o alcătuire complexă conferită de cele două subsisteme majore din care acesta este alcătuit şi anume biotopul (mediul fizico-chimic abiotic) şi biocenoza (totalitatea vieţuitoarelor comunitatea de plante animale microorganisme care au ca suport un anumit biotop) Ecosistemul sau sistemul ecologic reprezintă ceea ce ecologii numesc unitatea funcţională fundamentală a biosferei deoarece biosfera icircn ansamblul ei este alcătuită din aceste formaţiuni cu dimensiuni spaţiale şi temporale icircn care manifestarea vieţii este integrată icircn mediul local şi se manifestă icircn mod unitar Cu alte cuvinte un ecosistem cuprinde toată materia vie (microorganisme plante şi animale) inclusă icircntr-un spaţiu definit care constituie substratul manifestării acesteia dar şi componenta abiotică a acestui sistem

Deşi aparent orice combinaţie de manifestare a vieţii pe suport medial poate da impresia existenţei unui sistem ecologic icircn realitate pot fi considerate ecosisteme numai acele asociaţii ale vieţii cu mediul abiotic ce au un anumit grad de stabilitate şi la nivelul cărora se manifestă fluxuri materiale şi energetice

Deşi Forbes (1887) realizează pentru prima dată unitatea vieţii şi mediului ca un sistem pe care l-a denumit microcosmos termenul de ecosistem a fost introdus icircn 1935 de ecologul britanic Sir A G Tansley care a descris sistemele naturale ca o continuă interacţiune dintre componenta vie şi minerală a acestora Perspectiva lui Tansley asupra conceptului de ecosistem are la bază icircn special aspectul funcţional al acestui sistem biologic mai ales din punct de vedere trofic Principala caracteristică a ecosistemului este aceea că la nivelul acesteia se manifestă productivitatea biologică şi se realizează producţia biologică

Concepţia ecologică modernă stabileşte mai multe categorii de structuri ale ecosistemului Cel mai uşor de identificat este modalitatea de stratificare a ecosistemului deoarece cele mai multe ecosisteme prezintă două straturi principale autotrof şi heterotrof

Stratul autotrof alcătuit din totalitatea populaţiilor de plante este situat superior şi beneficiază de accesul necondiţionat la radiaţia solară luminoasă ceea ce presupune o mai mare eficienţă a procesului de fotosinteză şi deci o producţie primară (producţie de substanţă organică) ridicată Stratul heterotrof este alcătuit din organisme care nu au acces la energia luminoasă (fără plante) şi este dependent de existenţa organismelor autotrofe icircn scopul asigurării necesarului energetic

Ecosistemele sunt foarte variate ca dimensiune şi complexitate Spre exemplu o insulă din zona tropicală poate avea un ecosistem format de pădurea umedă tropicală care se poate icircntinde pe sute şi mii de hectare un ecosistem format de zona mlăştinoasă a asociaţilor de mangrove şi un ecosistem subacvatic reprezentat de recifurile coraligene şi biocenozele aferente

Definirea conceptului de ecosistem nu trebuie interpretată de o manieră simplistă sub forma unei relaţii de genul biotop + biocenoză = ecosistem Populaţiile din componenţa biocenozei sunt capabile nu numai să suporte rigorile mediului ambiant (biotopului) ci să-l şi transforme ceea ce determină noi interacţiuni icircntre specii (interacţiuni indirecte) ceea ce conduce la definirea unui sistem de interacţiuni complex ale speciilor icircntre ele şi ale speciilor cu mediul Acest tip de sistem reprezintă sistemul ecologic sau ecosistemul Dintr-un alt punct de vedere se poate observa că ecosistemul este alcătuit din cinci subsisteme (trofice) fundamentale

1 substanţe de natură anorganică (elemente chimice sau substanţe minerale)2 producători primari (toate plantele şi unele microorganisme fotosintetizatoare)3 animalele consumatoare (consumatori primari şi secundari de diferite ordine)4 detritusul vegetal şi animal (materie organică rezultată după moarte organismelor vii)5 microorganisme reducătoare sau descompunătoare (organisme ce reduc materia organică la

componenţii minerali)

O schemă a modului de interacţiune dintre componentele ecosistemului este prezentată icircn figura 3Icircntr-un mod mai simplist şi reducacircnd componentele ecosistemului la cele mai importante putem

afirma că structura ecosistemelor este determinată de o varietate de factori care se manifestă inter-relaţional dintre care cacircteva din cele mai importante componente sunt solul atmosfera radiaţia solară apa ndash toate acestea caracterizacircnd biotopul şi organismele vii care ocupă acest biotop reprezentacircnd biocenoza sau comunitatea de plante şi animale specifice unui anumit biotop

Figura 3 Prezentarea schematică a principalelor subsisteme ale ecosistemuluiSe poate reliefa şi o structură biochimică a ecosistemului dacă se consideră modul icircn care sunt

reprezentate cantitativ diversele substanţe (organice sau anorganice libere sau icircnglobate icircn biomasa organismelor) implicate icircn funcţionarea ecosistemului

Avacircnd icircn vedere importanţa unor anumite substanţe (aşa numite substanţe active) pentru funcţionarea ecosistemului cum sunt pigmenţii fotosintetizatori s-a realizat o diferenţiere a ecosistemelor din punct de vedere al eficienţei productivităţii primare Studiul clorofilei a a condus la evidenţierea a patru categorii de ecosisteme

Ecosisteme stratificate Icircn această categorie se includ toate tipurile de păduri ecosistemele cu vegetaţie ierboasă icircnaltă (de tip savană) ecosistemele artificiale (culturi agricole) Acestor ecosisteme le este caracteristică evidenţierea unor substraturi vegetale cu o concentraţie diferită a concentraţiei de clorofilă determinată de reducerea pe orizontală a intensităţii radiaţiei solare Icircntr-un ecosistem stratificat concentraţia de clorofilă a este de aproximativ 04 g pacircnă la 3 g pe metru pătrat ( 1 gram de clorofilă poate produce 04-4 g oxigenoră)

Ecosisteme umbrite Icircn aceste ecosisteme stratul autotrof are un singur nivel Concentraţia de clorofilă a este asemănătoare cu cea existentă le nivelul inferior al ecosistemelor stratificate Caracteristic acestor ecosisteme le este un proces de fotosinteză de cacircteva ori mai redus ca intensitate comparativ cu ecosistemele stratificate Icircn condiţii de iluminare redusă concentraţia de clorofilă a are valori medii foarte scăzute (0001- 05 gm2)

Ecosisteme mixte Aceste tipuri de ecosisteme sunt similare nivelului mediu din ecosistemele de tip stratificat Ele sunt de regulă ecosisteme acvatice icircn care rolul principal icircn realizarea producţiei primare icircl deţin algele planctonice (fitoplanctonul) Datorită bdquomigraţieirdquo diurne pe verticală a algelor microscopice nu se poate identifica totuşi o stratificare stabilă Concentraţia de clorofilă a este variabilă icircn intervalul 002- 1gm2 cu o eliberare de oxigen de 1-10goră pentru fiecare gram de clorofilă

Ecosistemele de lumină Icircn această categorie de ecosisteme sunt incluse acele ecosisteme caracterizate de existenţa unor straturi vegetale cu o dezvoltare nesemnificativă pe verticală Cu alte cuvinte ele sunt din acest punct de vedere ecosisteme mono-strat

Exemple de astfel de ecosisteme sunt peliculele de alge sau cele de licheni culturile agricole (ecosisteme artificiale) mai ales icircn primele stadii de dezvoltare a vegetaţiei sau culturile experimentale expuse iluminării artificiale abundente Concentraţia de clorofilă a este similară cu aceea de la nivelul superior din ecosistemele stratificate 001-06gm2 1g de clorofilă fiind implicat icircn eliberarea a 8-40g oxigenoră

Există evident şi alte criterii de clasificare a ecosistemelor Spre exemplu pentru ecosistemele acvatice s-au luat icircn considerare principalele grupe de organisme acvatice (nectonul planctonul bentosul) sau domenii ale mediului acvatic cum sunt domeniul pelagial bental etc dar şi criteriul energetic (Tab 1) mai exact mărimea fluxului energetic prin ecosistem (Odum 1972)Cea mai importantă sursă energetică este evident energia radiantă solară Odată fixată de către plante energia icircncorporată icircn masa organică circulă icircn cadrul ecosistemului sau poate fi de asemenea trecută dintr-un ecosistem icircn altul printr-o serie de procese care includ migraţia animalelor vacircnătoare recoltarea plantelor fenomene de eroziune etc

41 Biotopul

Descrierea unui ecosistem se poate realiza prin raportarea la componenta abiotică a acestuia icircn primul racircnd sub aspectul fizionomiei şi tipologiei şi icircn al doilea racircnd din punctul de vedere al structurii sale spaţiale Se apreciază că icircn condiţii asemănătoare de viaţă se realizează structuri similare de specii icircn cadrul biocenozei Conceptul de biotop defineşte acel subsistem fundamental al ecosistemului care icircnglobează toţi factorii externi de natură abiotică ce afectează organismele vii Biotopul este deci substratul mediul fizico-chimic pe care sau icircn care populaţiile componente ale biocenozei comunităţile de plante animale şi microorganisme trăiesc se dezvoltă şi se reproduc

Caracterele particulare ale biotopului determină caracteristicile structurale şi funcţionale ale biocenozei asociate In mediul acvatic acest fapt este evident chiar dacă se ia icircn considerare fie şi numai morfologia biotopului S-a remarcat icircn acest sens faptul că recife artificiale pot modifica structura biocenozei şi productivitatea biologică locală a unor ecosisteme marine şi oceanice prin apariţia unor habitate specifice care vor constitui suportul pentru o creştere a diversităţii biologice De exemplu creşterea productivităţii piscicole icircn astfel de ecosisteme acvatice este atacirct de importantă cantitativ icircncacirct metoda introducerii recifelor artificiale este frecvent utilizată icircn pescăriile marine şi oceanice reprezentacircnd un succes evident al ecologiei aplicate

Cele mai multe specii sunt supuse presiunii mediului abiotic cel puţin icircn anumite zone geografice ale arealului lor prin acţiunea factorilor mediului abiotic cum sunt climatul apa lumina substanţele minerale Nici o specie nu este adaptată să supravieţuiască icircn toate condiţiile existente pe Pămacircnt Toate speciile au limite specifice de toleranţa la acţiunea factorilor fizici şi chimici care afectează direct sau indirect succesul supravieţuirii şi reproducerii acestora Intervalul de valori cuprins icircn icircntregul spectru de variaţie a factorilor abiotici icircn care speciile pot supravieţui şi persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleranţă iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleranţă Valorile factorilor abiotici cuprinse icircn intervalul de toleranţă la care speciile sau populaţiile funcţionează icircn modul cel mai eficient alcătuiesc intervalul optim (optimul dezvoltării)

Chimistul german Liebig (1840) a lansat ipoteza considerată multă vreme un principiu ecologic fundamental că organismele vii sunt icircn general limitate de către acţiunea unui singur factor al biotopului care este insuficient icircn comparaţie cu necesităţile acestora La acel moment ecologii au considerat această idee atacirct de interesantă icircncacirct au denumit-o legea minimului sau legea minimului lui Liebig icircncercacircnd totodată să determine acel singur factor care limitează creşterea şi dezvoltarea speciilor

Mai tacircrziu multe studii au relevat faptul că acest concept nu este adecvat pentru a putea explica limitele de distribuţie pentru cele mai multe specii sau oricum explicaţia este prea simplistă

S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici interacţiunea acestora potenţacircnd sau diminuacircnd efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat

411 Factorii mediului abiotic

Din punct de vedere a modului lor de acţiune şi al efectelor pe care variaţiile factorilor mediului abiotic le produc asupra funcţionării speciilor din biocenoză se poate considera că principalii factori fizico-chimici se pot manifesta icircn două moduri distincte

O manifestare a fluctuaţiei valorilor acestora icircntr-un anumit interval cu o anume amplitudine şi o periodicitate bine definită deci o manifestare bdquonormalardquo conduce la fenomene cum sunt ciclul nictemeral (alternanţa noapte-zi) succesiunea anotimpurilor mareele etc la care speciile sunt adaptate

Acest tip de fluctuaţii ale factorilor abiotici sunt fie benefice pentru populaţii fie uşor de suportat de către acestea Un alt tip de manifestare a acţiunii factorilor abiotici ai mediului este reprezentat de fluctuaţia icircntacircmplătoare a acestora şi icircnregistrarea unor valori bdquoanormalerdquo ale amplitudinii variaţiei lor dincolo de limitele obişnuite Acest tip de acţiune perturbă activitatea normală a ecosistemului şi are de regulă efecte nefaste asupra populaţiilor din biocenoză

Exemple de astfel de bdquoanomaliirdquo icircn manifestarea factorilor de mediu pot fi temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate care depăşesc flagrant media maximelor sau minimelor termice precipitaţii extrem de abundente (inundaţii catastrofale) perioade de secetă prelungită furtuni deosebit de puternice erupţii vulcanice etc

Principala deosebire icircntre cele două moduri de manifestare a factorilor abiotici mediali constă icircn efectele pe care le produc asupra populaţiilor naturale Icircn cazul icircn care factorii fluctuează icircn limite normale speciile se adaptează şi efectele sunt benefice neutre sau afectează icircn mod nesemnificativ efectivele populaţiilor

Icircn cazul extrem cacircnd amplitudinea variaţiei factorilor de mediu este extrem de mare efectul lor aspra biocenozei este deosebit de semnificativ şi se exprimă prin scăderea efectivelor populaţiilor uneori pacircnă la valori ale numărului de indivizi care permit cu dificultate refacerea efectivului iniţial iar icircn cazuri extreme pot conduce la dispariţia populaţiilor

4111 Lumina solară

Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară Desigur există şi alte surse luminoase sau calorice cum sunt lumina artificială lumina de natură biologică energia geotermică dar impactul global al acestora asupra ecosferei este limitat accidental sau de importanţă locală Soarele este deci cea mai importantă sursă de energie pentru derularea activităţii normale la nivelul majorităţii ecosistemelor lumina solară manifestacircndu-şi rolul energetic fundamental icircn procesul de fotosinteză prin care plantele produc substanţă organică pornind de la elemente minerale

Lumina vizibilă perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio microundele radiaţiile infraroşii lumina vizibilă radiaţiile ultraviolete radiaţiile x şi radiaţiile gamma

Energia solară este energia radiantă produsă de Soare ca urmare a reacţiilor de fuziune nucleară ce se produc icircn interiorul acestei stele presupunacircnd fuziunea a două nuclee uşoare de hidrogen care determină

apariţia unor nuclee grele de deuteriu ( 12 H ) Deuteriul se combină după reacţia

12 H+1

2 Hrarr23 He+0

1 n+32 MeV

din care rezultă heliu un neutron liber şi o cantitate de energie de 32 MeV ceea ce icircnseamnă 51 10 -

13 J sau 12 10-13 calorii Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu

atmosfera şi suprafaţa pămacircntului Cantitatea de energie solară care ajunge la nivelul superior al atmosferei terestre considerată atunci cacircnd Pămacircntul se află la distanţa medie faţă de Soare este cunoscută sub denumirea de constantă solară şi are valoarea medie de 137 106 erg sec şi cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut şi cm2 Deşi intensitatea radiaţiei solare nu este constantă variaţia acesteia este destul de redusă fiind estimată la circa 02 icircntr-un interval de timp de 30 ani Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pămacircntului este mai redusă decacirct valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră

Cantitatea de energie incidentă este diferită icircn funcţie de momentul zilei sezon şi poziţia geografică Din cantitatea totală de 25 1018 calorii pe minut care pătrunde icircn atmosfera terestră la suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 16 calcm2 şi pe minut Valorile ce se icircnregistrează la diferite latitudini sunt foarte diferite şi au următoarele valori medii anuale icircn zonele nordice 40 000 ndash 50 000 calcm2 icircn zonele temperate 80 000 ndash 15 000 calcm2 icircn zonele tropicale mai mult de 200 000 calcm2

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse icircntre 1 Ǻ ( Angstrom 1 Ǻ = 10 -10m) şi cacircţiva kilometri (icircn cazul undelor radio lungi) Cea mai mare pondere din energia solară incidentă o deţin icircnsă radiaţiile cu lungimi de undă cuprinse icircntre 02 10-6 şi 4 10-6 metri

Radiaţiile vizibile ale spectrului solar reprezintă aproximativ 42 procente Acestea sunt radiaţiile care permit organului vizual al animalelor să vizualizeze mediul icircnconjurător asiguracircnd astfel comunicarea vizuală dintre acestea şi orientarea icircn cadrul habitatului Din zona vizibilă a spectrului icircn procesul de fotosinteză se utilizează numai aproximativ 21 din energia solară

La nivelul ecosistemelor acvatice energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 14 1012 calorii pe minut Din această energie o cantitate variabilă icircntre 3 şi 40 este reflectată de suprafaţa apei icircn funcţie de unghiul de incidenţă şi de gradul de agitaţie al suprafeţei luciului de apă

Apa absoarbe lumina icircn mod diferit icircn funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare şi icircn consecinţă tipul de lumină care pătrunde icircn diverse orizonturi acvatice este diferit Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid icircn timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde uneori pacircnă la 1000 m adacircncime Radiaţiile bdquoverzirdquo ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante icircn cadrul fotosintezei clorofiliene De aceea icircn mări şi oceane la orizonturile la care pătrund aceste radiaţii plantele acvatice de genul algelor roşii care pot fi prezente pacircnă la adacircncimi de 500 m utilizează un pigment diferit de clorofilă un pigment roşu denumit ficoeritrină Icircn general spectrul luminii albe utilizabile de către plante icircn procesul de fotosinteză este caracterizat de o utilizare maximă a radiaţiilor albastre şi roşii şi de o utilizare minimă a radiaţiilor verzi Icircn figura 5 este reprezentat spectrul absorbţiei luminii de către ansamblul pigmenţilor implicaţi icircn procesul de fotosinteză exprimat icircn procente din lumina bdquoalbărdquo cu precizarea că diversele lungimi de undă sunt considerate a fi distribuite uniform icircn cadrul radiaţiei solare

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde icircn ecosistemele acvatice este diferită icircn funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie refracţie absorbţie şi dispersie Din acest motiv transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adacircncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante icircn procesul de fotosinteză

Icircn apele cu transparenţa de unu pacircnă la doi metri la adacircncimea de 1 m pătrunde numai 5 pacircnă la10 din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei iar la adacircncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0003 ndash 001 calcm2 şi minut

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 3: Introducere în ecologie

Studiul reglajelor numerice ale populaţiei utilizează legi ale fizicii şi se elaborează conceptul de bdquorezistenţă a mediuluirdquo AG Tansley (1935) defineşte noţiune de bdquoecosistemrdquo prin care icircnţelege unitatea sistemică formată din biocenoză şi mediul ei abiotic (biotop) şi se realizează primele studii icircn legătură cu ciclurile biogeochimice

Studiile referitoare la ecologia plantelor conduc la conturarea şi afirmarea unei noi discipline ştiinţifice geobotanica Apare bdquoecologia demograficărdquo ce se va cristaliza icircntr-o ramură ecologică mai cunoscută icircn prezent ca bdquoecologia populaţieirdquo ca o consecinţă a aplicării concepţiei trofice icircn studiul reglajelor numeric ale populaţiei şi dinamicilor acesteia Icircn etapa ecologiei trofice se derulează activităţi de cercetare a unor ecosisteme de diferite grade de complexitate ceea ce a determinat implicit diversificarea şi aprofundarea problematicii ecologice

O etapă a ecologiei trofo-energetice poate fi demarcată de anii 1940 şi 1964 Icircn acest interval de timp se remarcă de asemenea preocupări şi tendinţe specifice ale cercetării ecologice Se realizează adoptarea caloriei ca unitate de echivalenţă universală pentru integrarea sub aspect valoric a componentelor abiotice şi biotice icircn studiile de energetică a sistemelor biologice Explicarea structurii şi funcţionalităţii ecosistemelor icircn funcţie de schimbările energetice a permis o apreciere mai adecvată a productivităţii biologice Ca urmare a formulării teoriei matematice a informaţiilor se conturează ecologia informaţională

Icircncepacircnd cu anul 1964 cacircnd UNESCO lansează Programul Biologic Internaţional se afirmă o nouă etapă a integrării şi modelării icircn ecologie Principalele coordonate ale acestei etape sunt reprezentate de unificarea metodelor de cercetare şi valorificarea unor cercetări anterioare şi inventarierea unor procese ecologice la scară planetară utilizarea cu predilecţie a ecologiei informaţionale icircn studiile demografice şi trofo-energetice precum şi studiul mai accentuat al productivităţii diferitelor tipuri de ecosisteme Se remarcă o mai frecventaă utilizarea a programelor de prognoză mai ales icircn studiile de ecologie aplicată Anii 80 ai secolului trecut pot delimita trecerea la o nouă etapă a evoluţiei ecologiei datorită modului preponderent de abordare a problematicii specifice atacirct icircn cerecetările practice cacirct şi din punct de vedere conceptulal Din acest moment se poate vorbi de ecologia sistemică Etapele evoluţiei ecologiei sunt prezentate sintetic şi diagarmatic icircn figura 1

Ecologia este şi icircn prezent o ştiinţă interdisciplinară mai ales prin faptul că utilizează metode concepte şi noţiuni specifice altor ştiinţe şi discipline ştiinţifice icircn scopul abordării eficiente a problematicii specifice dar se poate vorbi şi de subdiviziuni sau ramuri ale ecologiei care au apărut ca urmare a necesităţii de aprofundare a anumitor aspecte ale studiului ecologic

Datorită diversificării problematicii abordate şi a complexităţii aspectelor studiate ecologia are conexiuni cu diverse ştiinţe sau ramuri ale acestora cum sunt matematica icircn special statistica utilizată de exemplu icircn studiile de dinamică a populaţiilor fizica chimia etc

Ecologia se individualizează totuşi prin urmărirea punctului de vedere ecologic adică al importanţei proceselor şi fenomenelor considerate icircn ansamblu pentru funcţionarea sistemelor biologice supraindividuale De aceea se poate aprecia că interdisciplinaritatea nu constituie neapărat caracteristica cea mai evidentă a ecologiei

Mai important de remarcat sunt modalităţile prin care utilizacircnd unele concepte noţiuni şi metode care aparţin altor domenii ale ştiinţei ecologia a realizat propriile metodologii de abordare a domeniului său de studiu

2 Teoria sistemică icircn ecologie

Un sistem este definit icircn bdquoEnciclopedia universalărdquo ca fiind un ansamblu de fenomene şi evenimente independente care este extras din lumea exterioară printr-o acţiune intelectuală arbitrară vizacircndu-se tratarea acestui ansamblu cu un icircntreg (tot unitar)

Icircn această definiţie referirea la lumea exterioară presupune faptul că un sistem real nu poate fi exista izolat ci el trebuie să aparţină unui sistem mai cuprinzător icircn cadrul căruia are anumite atribuţii De asemenea un sistem presupune existenţa unui ansamblu de elemente (de obicei alte sisteme sau subsisteme) componente care sunt icircn corelaţie icircn scopul asigurării funcţionalităţii icircntregului De aceea putem denumi sistemul ca fiind un ansamblu de părţi sau componente interconectate prin legături funcţionale Aceste legături (conexiuni) implică mişcare şi evoluţie elemente care sunt perfect sesizabile icircn cazul sistemelor particulare pe care le denumim sisteme biologice şi care le conferă acestora cacircteva categorii de proprietăţi

Una din principalele proprietăţi ale sistemelor biologice este aceea că elementele componente ale unor astfel de sisteme depind unul de altul icircn ceea ce priveşte atacirct funcţionarea cacirct şi evoluţia acestora

Elementul fundamental al manifestării vieţii este reprezentat de individul biologic deci de organism Pornind de la această premisă sistemele biologice se pot clasifica icircn

a) sisteme biologice individuale reprezentate de organismele viib) sisteme biologice supraindividuale care includ mai multe organisme fie populaţii dacă

organismele componente au o origine comună (aparţin aceleiaşi specii) fie comunităţi sau biocenoze icircn cazul icircn care organismele aparţin unor specii diferite de plante şi animale sau biosfera care este alcătuită de totalitatea ecosistemelor complexe ale Pămacircntului care icircmpreună conţin toate formele sub care se manifestă viaţa

Toate sistemele biologice supraindividuale sunt formate dintr-un număr variabil de organisme (indivizi) icircntre care există conexiuni reciproce de natură genetică structurală funcţională sau spaţială Aceste tipuri de sisteme biologice icircn relaţie cu substratul pe care se manifestă constituie obiectul general de studiu ecologic Ansamblul elementelor componente ale unui sistem supraindividual poate fi imaginat şi reprezentat sub forma unei organigrame de interacţiuni (Fig2) Icircn organigramă subsistemele (elementele componente) sunt desemnate prin litere iar interacţiunile dintre sau la nivelul acestora prin diferite tipuri de săgeţi liniile continue desemnează acţiunile directe liniile discontinue indică prezenţa unor acţiuni indirecte liniile curbe indică acţiunea unui element supra lui icircnsuşi

De asemenea acţiunea se poate manifesta icircntre elementele sistemului icircntr-un singur sens sau icircn ambele sensuri Cele cinci compartimente ale schemei sunt figurate diferit pentru a reprezenta faptul că elementele componente ale sistemului pot fi şi deferite (nu sunt neapărat identice)

Icircn figura 2 sunt reprezentate tipurile de acţiuni şi sensul acestora dar nu este evidenţiată nici intensitatea acţiunii şi nici bdquovitezardquo rapiditatea acesteia elemente cu o semnificaţie deosebită pentru funcţionalitatea sistemului Din acest punct de vedere se pot diferenţia două tipuri de acţiuni acţiuni bdquoputernicerdquo şi acţiuni bdquoslaberdquo (Frontier şi Pichod-Viale 1991) Deosebirea dintre aceste două categorii de acţiuni este reliefată de modalitatea prin care se măsoară intensitatea şi viteza acţiunii Se pot distinge astfel două aspecte

Primul se referă la gradul de determinare a unei variabile ce caracterizează un compartiment (element subsistem) al sistemului prin intermediul altui compartiment Icircn termeni statistici bdquoforţardquo de acţiune a compartimentului A asupra compartimentului B poate fi măsurată prin proporţia variaţiei compartimentului B datorată variaţiilor compartimentului A Conform teoriei informaţiei se poate aprecia cantitatea de informaţie transmisă de la compartimentul B către compartimentul A

Al doilea element este reprezentat de durata acţiunii Icircn mod obişnuit acţiunea indirectă este caracterizată de un timp mai mare de realizare icircn comparaţie cu durata de realizare a unei acţiuni directe deoarece acţiunea indirectă presupune faze sau etape intermediare ceea ce măreşte durata de finalizare a acesteia Se poate presupune deci că o astfel de acţiune derulată pe un interval mai larg este de regulă o acţiune bdquoslabărdquo

La nivelul ecosistemelor sisteme cu o complexitate deosebită tendinţa informaţiei este de a se disipa şi disemina pe diverse parcursuri simultane Reprezentarea prin intermediul diagramelor devine astfel mai complicată pe de-o parte datorită numărului mare de compartimente dar şi datorită numărului crescut de reprezentări ale acţiunilor prin intermediul săgeţilor Vom avea astfel reţele foarte complexe de interacţiuni evident mai dificil de studiat

Studiul reţelelor complexe de interacţiuni din cadrul ecosistemelor este realizat icircntr-un mod mai facil de aplicarea teoriei grafurilor care permite analiza unei reţele prin intermediul unor termeni specifici ca bdquobuclerdquo şi bdquonodurirdquo fapt ce permite deducţia logică a unui număr mare de

proprietăţi care altfel ar fi dificil de relevatUna din aceste proprietăţi este tranzitivitatea Icircn principiu tranzitivitatea presupune următorul

raţionament dacă un element A acţionează asupra elementului B iar elementul B va acţiona asupra unui alt element notat cu C rezultă că elementul A acţionează (icircn mod indirect) şi asupra elementului C După cum se observă tranzitivitatea presupune o acţiune indirectă adică o acţiune bdquoslabărdquo incapabilă de regulă să conserve caracteristicile de forţă şi viteză ale acţiunii iniţiale (acţiunea lui A asupra lui B)

Teoria informaţiei lansată de Shannon (1948) şi utilizarea noţiunii de bdquocantitate de informaţirdquo a permis atribuirea unei valori precise bdquoforţeirdquo unei interacţiuni Ca urmare se poate considera că un element A va adune mai multă informaţie unui element B dacă funcţionarea şi evoluţia elementului B depinde icircntr-o mai mare măsură de variaţiile elementului A mai exact de variaţiile elementului A percepute de elementul B Studiul reţelelor de acţiuni şi interacţiuni care să includă şi evaluarea performanţelor acestora poate fi interpretat ca o analiză a gestiunii informaţiei icircntr-un ecosistem

Icircnchiderea tranzitivă a unei reţele reprezintă ansamblul interacţiunilor directe stabilite prin conceptualizarea reţelei precum şi al acţiunilor indirecte pe care acestea le provoacă De aceea un ecosistem poate fi definit ca fiind bdquoicircnchiderea tranzitivă a unei reţele de interacţiuni icircntre populaţiile vii şi mediurdquo

3 Principalele tipuri de sisteme biologice şi caracteristicile lor generale

Materia vie este organizată sub forma sistemelor biologice de diferite grade de complexitate fapt ce permite ierarhizarea acestora plecacircnd de la criteriul universalităţii Cu alte cuvinte totalitatea sistemelor biologice aflate pe acelaşi nivel de organizare cuprinde icircntreaga materie vie iar un nivel de organizare a materiei vii nu este altceva decacirct ansamblul sistemelor vii echivalente Din acest punct de vedere se identifică următoarele nivele de organizare ierarhică a materiei vii

1 Nivelul individual care include toate biosistemele reprezentate de organismele animale sau vegetale toţi indivizii biologici indiferent de gradul lor de evoluţie

2 Nivelul populaţional ocupat de sistemele supraindividuale populaţii de plante sau animale care aparţin aceleiaşi specii sau care se confundă cu specia

3 Nivelul biocenotic reprezentat de comunităţi de plante şi animale (biocenoze) care se comportă ca sisteme biologice complexe

4 Nivelul biomic pe care se situează sisteme de o complexitate superioară (biomi) formate de asociaţii de biocenoze adiacente (acest nivel nu este unanim acceptat)

5 Nivelul biosferei reprezentat de ansamblul vieţii pe Pămacircnt adică de sistemul biosfereiSistemul biologic individual ne este altceva decacirct individul biologic organismul viu El este forma

elementară şi icircn acelaşi timp universală de manifestare a vieţii La nivelul acestui biosistem se manifestă legea specifică organismului biologic şi anume metabolismul care icircn esenţă este procesul prin care materia pătrunsă icircn organism este transformată de către acesta icircn substanţă proprie şi datorită căruia individul biologic poate exista dezvolta şi creşte

Studiul biochimic al transformărilor diferitelor substanţe pătrunse icircn organism s-a realizat relativ tacircrziu (1930) cacircnd datorită metodei stabilite de Stern şi Nanney s-a reuşit urmărirea proceselor parcurse de anumiţi compuşi metabolici importanţi la nivelul organismului Importanţa acestor cercetări a constat icircn faptul că s-a observat că organismul nu este sub toate aspectele o entitate bdquostaticărdquo Chiar şi celulele cu stabilitate recunoscută cum sunt cele nervoase sau musculare icircşi reicircnnoiesc total majoritatea componentelor pe parcursul existenţei lor utilizacircnd alte molecule Acest dinamism al componentelor organismului se manifestă şi la nivelul aminoacizilor care icircşi schimbă permanent atomii şi grupările chimice mici

Din acest motiv organismul nu este bdquoceva definitivrdquo El poate avea periodic o compoziţie complet diferită sub aspect micromolecular fapt care se datorează manifestării metabolismului Pentru a se

evidenţia şi măsura intrările şi ieşirile de materie şi energie deci bugetul energetic al organismului este clasic experimentul realizat de Lavoisier care a studiat pe cobai schimburile gazoase şi energetice

Rezultatul a fost demonstraţia că prin metabolizarea unui mol de glucide un organism animal produce aceeaşi cantitate de căldură (energie) şi dioxid de carbon (materie) şi necesită aceeaşi cantitate de oxigen pentru realizarea bdquoarderiirdquo metabolice ca şi icircn cazul combustiei la flacără a aceleiaşi cantităţi de glucide

Din punct de vedere ecologic sistemul populaţional este constituit din popualţia biologică sau specie Populaţia reprezintă de un grup de indivizi aparţinacircnd aceleiaşi specii care ocupă acelaşi areal Icircn principiu o specie este reprezentată de cel puţin una ( caz icircn care populaţia şi specia se confundă) sau mai multe populaţii

Deşi populaţiile sunt unice icircntr-un anumit sens ele au caracteristici generale diferite de ale indivizilor care intră icircn componenţa sa cum sunt anumite relaţii ce se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi populaţii (relaţii intraspecifice) o anumită structură a efectivului populaţiei (structura de sexe structura de vacircrste) un mod de funcţionare specific o anumită durată de activitate (longevitate specifică)

La nivelul populaţiei se manifestă selecţia naturală şi deci adaptarea speciilor la fluctuaţiile factorilor de mediu Izolarea populaţiilor poate determina local apariţia unor caracteristici specifice care se pot dovedi utile pentru specie

De asemenea la nivelul populaţiei se sesizează tendinţa dispersiei indivizilor din zonele cu densitate crescută spre locaţii cu o mai mică densitate O altă caracteristică a populaţiei este aşa numita capacitate de suport ceea reprezintă de fapt media numărului maxim de indivizi pe care o populaţie icircl poate atinge icircn anumite condiţii date

Studiile de dinamică şi genetică a populaţiilor icircn particular efectele eredităţii şi evoluţiei populaţiei sunt extrem de importante pentru activitate umană de intervenţie icircn ecosistemele naturale sau artificiale

Biocenoza sau comunitatea de plante şi animale este sistemul biologic supraindividual care presupune coexistenţa icircntr-un anumit areal a unor populaţii diferite de plante animale şi microorganisme diferenţiate funcţional şi icircn acelaşi timp interdependente la nivelul căruia se manifestă o caracteristică fundamentală şi anume existenţa relaţiilor interspecifice Biocenoza reprezintă componenta vie a ecosistemului La nivelul biocenozei ca rezultat al relaţiilor dintre specii sau populaţii ale diferitelor specii se manifestă o altă caracteristică a acestui tip de sistem biologic şi anume productivitatea biologică

Biomul este o comunitate biotică caracterizată prin existenţa unor populaţii dominante de plante şi animale trăiesc icircntr-un anumit climat specific de regulă unor zone geografice mai extinse Biomul poate fi privit ca o asociaţie de biocenoze adiacente din punct de vedere geografic ceea ce le conferă particularităţi distincte Deoarece iniţial definirea biomului a fost aceea de bdquoformaţiuni (asociaţii) vegetalerdquo majoritatea biomilor sunt denumiţi după tipul vegetaţiei dominante

Influenţaţi de latitudinea şi altitudinea geografice de temperatură şi regimul precipitaţiilor biomii tereştri sunt diferiţi şi includ variate tipuri de păduri icircntinderi ierboase (savana stepă tundră etc) şi zone deşertice Aceşti biomi includ de asemenea comunităţile specifice bazinelor acvatice incluse (lacuri bălţi mlaştini zone umede) Deşi aceste asociaţii de ecosisteme s-au format icircn zone geografice distincte există unele similarităţi ca urmare a selecţiei naturale

Diversitatea speciilor de animale precum şi a speciilor vegetale subdominante care sunt de regulă caracteristice fiecărui biom este controlată de condiţiile de mediu şi de productivitatea vegetaţiei dominante Icircn general diversitatea speciilor este mai mare dacă producţia primară netă este suficient de mare şi există condiţii favorabile de umiditate şi temperatură

Adaptarea speciilor şi specializarea nişelor trofice pot fi observate foarte bine la nivelul biomilor Organismele care ocupă nişe trofice asemănătoare icircn ecosisteme similare dar separate geografic aparţin unor specii diferite care au dezvoltat icircnsă adaptări similare ca răspuns la modificarea similară a factorilor de mediu Principalele tipuri de biomi sunt prezentate succint icircn continuare

Tundra arctică şi alpină Tundra este un biom caracterizat de o vegetaţie din care lipsesc arborii şi arbuştii de talie mare dar icircn care există plante de talie mică iar suprafaţa solului este umedă si are o structură spongioasă larg răspacircndit icircn jurul latitudinii nordice de 60 grade Icircn adacircncime de cacircţiva centimetri pacircnă la cacircţiva metri icircn funcţie de zona geografică şi evoluţia temperaturii solul este icircngheţat

permanent alcătuind aşa numitul permafrost Astfel se explică absenţa plantelor cu rădăcini viguroase (arbori arbuşti etc)

Icircn cadrul acestui tip de biom atacirct precipitaţiile cacirct şi procesul de evaporare au valori minime iar icircn majoritatea zonelor temperatura medie icircn sezonul cald nu depăşeşte 100C Chiar icircn sezonul umed valoarea precipitaţiilor nu este mai mare de 25 mm dar suprafaţa solului este deseori saturată cu apă datorită ratei extrem de scăzute a evapotranspiraţiei

Diversitatea speciilor care populează tundra este scăzută Plantele sunt reprezentate de cacircteva specii de arbuşti pitici cacircteva specii de plante ierboase specii de plate cu flori dintre care cele mai comune aparţin familiei Cyperaceae muşchi şi licheni Plantele cele mai caracteristice tundrei sunt lichenii de tipul aşa numitei bdquoiarba renuluirdquo (Cladonia sp) Lichenii sunt plante mici verzi nevascularizate care aparţin clasei Musci filumul Bryophyta

Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore ca renii boul moscat mamifere din familia Leporidae genul Lepus (asemănătoare cu iepurii dar cu urechile şi picioarele mai mari) rozătoare ale genului Microtus (asemănătoare cu şobolanii) şi lemingi (rozătoare aparţinacircnd genului Lemmus) Dintre speciile carnivore mai frecvente sunt vulpea arctică ursul polar şi lupii Atacirct reptilele cacirct şi amfibienii sun slab reprezentate sau lipsesc datorită temperaturilor scăzute Tundra alpină este icircn oarecare măsură similară tundrei arctice dar lipseşte permafrostul iar suprafaţa solului nu este la fel de umedă datorită unei drenări mai bune a apei

Pădurile boreale de conifere Acest biom este reprezentat de păduri umede şi reci de conifere (sau taiga) care se icircntind pe suprafeţe vaste pe mai multe continente icircntre paralelele de 45 şi 57 grade latitudine nordică Climatul este rece şi foarte rece cu un surplus de umezeală icircn timpul verii Vegetaţia predominantă este reprezentată de diferite specii de conifere dintre care cele mai comune sunt Picea glauca Abies balsamea Pinus resinosa Pinus strobus Picea mariana Pinus contorta Pinus ponderosa etc) Datorită ecranării energiei luminoase plantele situate pe verticală la nivelul inferior sunt mai slab reprezentate

Solul pădurilor boreale este caracterizat de o litieră adacircncă şi o descompunere lentă a materiei organice datorită temperaturilor scăzute este un sol acid cu un deficit de substanţe minerale datorită mineralizării lente şi a faptului ca apa de precipitaţii antrenează şi icircndepărtează majoritatea mineralelor

Pădurile de foioase din zonele temperate Acest biom este caracterizat de un climat moderat şi arbori cu frunze căzătoare (foiase) Datorită condiţiilor climatice favorabile aceste tipuri de păduri au fost extrem de mult reduse ca suprafaţă ca urmare a intervenţiei umane prin transformarea lor icircn zone agricole sau zone urbane Plantele dominante aparţin următoarelor specii Acer sp Fagus sp Quercus sp Carya sp Populus sp Ulmus sp Salix sp etc

Plantele aflate la nivelurile inferioare coronamentului arborilor sunt bine dezvoltate şi diversificate ca specii De asemenea fauna este bine reprezentată de ierbivore carnivore şi unele specii de reptile şi amfibieni Solul este relativ fertil cu o litieră subţire datorită procesului rapid de descompunere a materiei organice

Zonele ierboase Această categorie defineşte un biom caracterizat prin prezenţa şi abundenţa vegetaţiei ierboase icircnalte sau mai puţin icircnalte Icircn Europa şi Asia denumirea acestor zone este stepă iar icircn America de Sud acest tip de biom se numeşte pampas Icircnainte de intervenţia omului preeriile cu iarbă icircnaltă erau formate mai ales din specii de Andropogon sp care alcătuiau dense zone ierboase cu icircnălţimi cuprinse icircntre 15 şi 2 metri Icircn zonele cu precipitaţii mai reduse predomină o specie de numai cacircţiva centimetri icircnălţime Buchloe dactyloides (bdquoiarba bizonuluirdquo)

Solul este de obicei foarte fertil cu o pondere mare a cernoziomurilor Icircn zonele mai uscate ale acestor biomi fertilitatea solurilor poate fi influenţată de salinitate Fertilitatea acestor ecosisteme a determinat exploatarea unor mari icircntinderi pentru culturi agricole cerealiere care suportă o umiditate mai scăzută

Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore mici şi rozătoare precum şi de ierbivore de talie mare şi diferite specii de carnivore Multe din aceste specii sunt ameninţate de distrugerea habitatului datorită extinderii culturilor agricole iar cacircteva sunt chiar pe cale de dispariţie

Deşertul Forma tipică de deşert este definită de existenţa unei vegetaţii slabe şi dispersate alcătuită mai ales din specii de arbuşti Cele mai importante biomuri deşertice sunt localizate icircntre paralelele de 25 şi 35 grade latitudine nordică şi sudică de regulă icircn interiorul continentelor

Existenţa deşerturilor este condiţionată climatic şi se datorează icircn mare parte prezenţei curenţilor de aer descendenţi ce limitează formarea precipitaţiilor care icircn cele mai multe zone deşertice nu depăşesc valoarea anuală de 25 milimetri Icircn cazul icircn care precipitaţiile sunt aproape absente vegetaţia poate lipsi icircn totalitate icircn unele zone deşertice Acolo unde există vegetaţia este reprezentată de arbuşti rezistenţi la secetă (Larrea divaricata Artemisia tridentata etc) şi plante suculente capabile să păstreze apa de genul cactuşilor

Cele mai multe mamifere de deşert sunt specii nocturne care astfel evită căldura excesivă din timpul zilei Sunt bine reprezentate diferite reptile (şopacircrle şi şerpi) care sunt specii poichiloterme precum şi de unele insecte

Chaparral-ul (pădurea sclerofilă sau zona cu vegetaţie săracă de tip mediteranean) Acest tip de biom are o distribuţie spaţială particulară fiind prezent icircn zone limitate icircntre 32 şi 40 grade latitudine nordică şi sudică de obicei pe coastele vestice ale continentelor Icircn aceste zone se manifestă un climat uscat datorat zonei de subtropicale de icircnaltă presiune ce durează o bună parte a anului din primăvara pacircnă toamna tacircrziu

Precipitaţiile sunt prezente mai ales icircn lunile de iarnă şi sunt datorate deplasării frontului polar şi asocierii acestuia cu furtunile cicloanelor de latitudine medie Media anuală a precipitaţiilor este de 300 pacircnă la 750 milimetri pluviometrici iar majoritatea acestor precipitaţii cad icircntr-o perioadă scurtă de timp (2 - 4 luni)

Acest climat foarte special determină ca vegetaţia existentă să dezvolte o serie de adaptări speciale pentru a rezista secetei şi focurilor naturale frecvente Se icircntacirclnesc specii de arbori şi arbuşti de talie redusă care nu icircşi pierd frunzele icircn sezonul secetos

Climatul uscat nu facilitează descompunerea materiei organice icircn sol şi eliberarea mineralelor ceea ce reduce mult fertilitatea solului şi deci nu permite plantelor să producă frunze noi la icircnceputul sezonului (aşa cum se icircntacircmplă la plantele foioase veritabile) Frunzele plantelor care trăiesc şi caracterizează acest biom sunt icircnsă foarte rezistente la condiţiile de secetă

Speciile de plante reprezentative sunt măslinul (Olea europea) eucaliptul acacia pinul maritim (Pinus pinaster) stejarul pitic (Quercus dumosa) şi specii asemănătoare (Quercus suber Quercus virginiana) Cele mai multe specii prezintă spini cu rol de apărare icircmpotriva erbivorelor)

Savana tropicală Savanele tropicale sunt zone ierboase icircn care se găsesc cu o densitate redusă arbori şi arbuşti rezistenţi la secetă care nu au de obicei icircnălţimi mai mari de 10 metri Din punct de vedere climatic aceste zone sunt caracterizate de un sezon umed şi un sezon secetos cu temperaturi ridicate pe tot parcursul anului Savanele ocupă suprafeţe foarte mari icircn estul Africii America de sud şi Australia Vegetaţia acestora asigură sursa de hrană pentru o mare diversitate de animale erbivore pe seama cărora există o varietate crescută de specii carnivore

Pădurile umede tropicale şi ecuatoriale Acest tip de biom se icircntacirclneşte icircntr-o zonă largă icircn jurul Ecuatorului icircn care temperatura şi umiditatea sunt relativ crescute pe tot parcursul anului Precipitaţiile sunt mai mari de 2000 pacircnă la 2500 milimetri şi sunt de regulă prezente pe tot parcursul anului

Vegetaţia este foarte abundentă şi diversificată astfel icircncacirct un kilometru pătrat poate conţine pacircnă la 100 de specii diferite de arbori Pentru comparaţie pe aceeaşi suprafaţă icircn zonele temperate există 3 sau 4 specii de arbori Densitatea acestei păduri este mare iar icircnălţimea arborilor este frecvent de 25-30 metri unele specii avacircnd icircnălţimi de pacircnă la 40 metri

Pădurea umedă tropicală bdquoascunderdquo de asemenea o mare varietate de animale Se presupune că 30 ndash 50 din toate speciile de animale de pe planetă se icircntacirclnesc icircn acest tip de biom

Chiar mediul marin şi oceanic este considerat de către unii ecologi ca avacircnd icircn structura lui biomi cum ar fi largul oceanului zonele litorale zonele bentale ţărmurile stacircncoase sau nisipoase estuarele sau zonele mlăştinoase asociate mareelor

Indiferent de locul pe care icircl ocupa icircn ierarhia care ia icircn consideraţie diferitele nivele de organizare a materiei vii sistemele biologice prezintă cacircteva caracteristici generale(Botnaruic şi Vădineanu 1982)

Caracterul istoric specific (nu numai) sistemelor biologice este datorat faptului că icircnsăşi sistemul integrator al biosferei a parcurs etape evolutive in timp la scară istorică icircn sensul creşterii complexităţii structurale şi funcţionale Implicit toate sistemele biologice contemporane sunt rezultatul proces de evoluţie şi dezvoltare mai mult sau mai puţin icircndelungat

Datorită capacităţii sistemelor biologice de a primi de a acumula procesa şi transmite informaţii specifice se poate reliefa caracterul informaţional al acestora Stugren (1982) consideră că sistemele biologice au evoluat icircn sensul creşterii complexităţii lor structurale şi de asemenea icircn sensul dezvoltării capacităţii de a vehicula informaţia biologică indiferent de aspectul cantitativ al materiei vii Latura calitativă a acestui proces informatic la nivelul biologic este reliefată de importanţa fidelităţii icircn sensul preciziei exactităţii cu care este procesată şi mai ales transmisă informaţia icircn sistemele biologice Este interesant de remarcat ca dacă icircn cazul unor sisteme informaţionale abiotice fidelitatea absolută in procesarea informaţiei este esenţială icircn mod paradoxal lipsa exactităţii totale icircn transmiterea informaţiei (genetice de exemplu) reprezintă pentru sistemele biologice o posibilitate de evoluţie icircn cazul icircn care selecţia naturală validează variantele favorabile ale erorilor

Se poate observa relativ simplu că particularităţile unui sistem biologic nu sunt neapărat caracteristice şi subsistemelor componente Cu alte cuvinte ceea ce caracterizează un sistem biologic nu este doar cumularea caracteristicilor elementelor care icircl compun Sistemul icircn ansamblul său are icircnsuşiri noi care pot fi extrem de diferite de cele ale subsistemelor pe care le integrează din punct de vedere calitativ Această calitate a unui sistem este cunoscută sub denumirea de integralitate şi a fost pusă icircn evidenţă prin studiul unor sisteme biologice supraindividuale Odum (1971) evidenţiază caracteristici suplimentare ale unor ecosisteme acvatice de tipul recif coraligen comparativ cu ecosistemele adiacente (productivitate biologică ridicată) aflate practic icircn aceleaşi condiţii mediale Este de asemenea cunoscut experimentul lui Kamşilov (1979) care e evidenţiat capacitatea crescută a unui ecosistem acvatic cu un grad de integralitate ridicat de a elimina prin capacitatea biologică de autoepurare agenţi poluanţi ai apei de tipul fenolilor decacirct aceeaşi capacitate determinată la nivelul unui sistem biologic simplificat deşi icircn ambele cazuri singurul component capabil de oxidarea fenolilor a fost acelaşi (bacteriile fenol-oxidante)

Gradul de eterogenitate al sistemelor biologice este dat de faptul că deşi icircn structura calitativă a acestora există şi elemente ce pot fi considerate identice cele mai multe componente sunt diferite Eterogenitatea sistemelor biologice reprezintă aşadar o măsură a diversităţii structurale a acestora Pentru că sistemele biologice sunt capabile de evoluţie conform caracterului lor istoric ele se dezvoltă fapt ce presupune mărirea gradului lor de complexitate şi deci creşterea eterogenităţii Icircn acest sens de regulă o eterogenitate mai mare determină şi o integralitate superioară şi că fiecărui tip de sistem icirci este caracteristică o anumită valoare optimă a eterogenităţii

Starea normală de existenţă şi manifestare a sistemelor biologice este aceea de echilibru dinamic Această caracteristică derivă din capacitatea acestora de a fi permanent icircntr-o continuă activitate ce presupune schimbul de materie energie şi informaţie cu mediul Capacitatea sistemelor biologice de a se menţine icircn cadrul unui interval definit de valori care definesc echilibrul dinamic determină caracterul specific antientropic al acestora Cu alte cuvinte sistemele biologice au mecanisme şi resurse energetice interne capabile să contracareze tendinţa de dezagregare caracteristică sistemelor fizice

Starea de echilibru dinamic realizată de sistemele biologice este posibilă datorită manifestării unei autoreglări a funcţionării acestora prin mecanismul de autocontrol O schemă generală a autocontrolului la nivelul sistemului biologic presupune existenţa unor subsisteme specializate icircn recepţia informaţiei din mediu prelucrarea acestei şi elaborarea unei reacţii cacirct mai adecvate la acţiunea excitanţilor mediali Pentru a compara icircn permanenţă eficacitatea reacţiei sistemului la acţiunea stimulantă a mediului şi deci autocontrolul sistemului se manifestă conexiunea inversă (feed-back) prin care sistemul este capabil să ajusteze icircn permanenţă valoarea răspunsului propriu la intensitatea factorilor care icircl stimulează

Botnariuc (1976) prezintă succint toate aceste caracteristici generale ale sistemelor biologice atunci cacircnd le defineşte ca fiind bdquosisteme deschise informaţionalerdquo care datorită modului lor specific de organizare au capacităţi specifice bdquode autoconservare autoreproducere autoreglare şi autodezvoltare de la

forme simple la cele complexe de organizare ele au un comportament antientropic şi finalizat care le asigură stabilitatea icircn relaţiile lor cu alte sistemerdquo

4 Ecosistemul

Icircn principiu atunci cacircnd ne referim la ecosistem icircnţelegem de fapt un sistem deschis cu o alcătuire complexă conferită de cele două subsisteme majore din care acesta este alcătuit şi anume biotopul (mediul fizico-chimic abiotic) şi biocenoza (totalitatea vieţuitoarelor comunitatea de plante animale microorganisme care au ca suport un anumit biotop) Ecosistemul sau sistemul ecologic reprezintă ceea ce ecologii numesc unitatea funcţională fundamentală a biosferei deoarece biosfera icircn ansamblul ei este alcătuită din aceste formaţiuni cu dimensiuni spaţiale şi temporale icircn care manifestarea vieţii este integrată icircn mediul local şi se manifestă icircn mod unitar Cu alte cuvinte un ecosistem cuprinde toată materia vie (microorganisme plante şi animale) inclusă icircntr-un spaţiu definit care constituie substratul manifestării acesteia dar şi componenta abiotică a acestui sistem

Deşi aparent orice combinaţie de manifestare a vieţii pe suport medial poate da impresia existenţei unui sistem ecologic icircn realitate pot fi considerate ecosisteme numai acele asociaţii ale vieţii cu mediul abiotic ce au un anumit grad de stabilitate şi la nivelul cărora se manifestă fluxuri materiale şi energetice

Deşi Forbes (1887) realizează pentru prima dată unitatea vieţii şi mediului ca un sistem pe care l-a denumit microcosmos termenul de ecosistem a fost introdus icircn 1935 de ecologul britanic Sir A G Tansley care a descris sistemele naturale ca o continuă interacţiune dintre componenta vie şi minerală a acestora Perspectiva lui Tansley asupra conceptului de ecosistem are la bază icircn special aspectul funcţional al acestui sistem biologic mai ales din punct de vedere trofic Principala caracteristică a ecosistemului este aceea că la nivelul acesteia se manifestă productivitatea biologică şi se realizează producţia biologică

Concepţia ecologică modernă stabileşte mai multe categorii de structuri ale ecosistemului Cel mai uşor de identificat este modalitatea de stratificare a ecosistemului deoarece cele mai multe ecosisteme prezintă două straturi principale autotrof şi heterotrof

Stratul autotrof alcătuit din totalitatea populaţiilor de plante este situat superior şi beneficiază de accesul necondiţionat la radiaţia solară luminoasă ceea ce presupune o mai mare eficienţă a procesului de fotosinteză şi deci o producţie primară (producţie de substanţă organică) ridicată Stratul heterotrof este alcătuit din organisme care nu au acces la energia luminoasă (fără plante) şi este dependent de existenţa organismelor autotrofe icircn scopul asigurării necesarului energetic

Ecosistemele sunt foarte variate ca dimensiune şi complexitate Spre exemplu o insulă din zona tropicală poate avea un ecosistem format de pădurea umedă tropicală care se poate icircntinde pe sute şi mii de hectare un ecosistem format de zona mlăştinoasă a asociaţilor de mangrove şi un ecosistem subacvatic reprezentat de recifurile coraligene şi biocenozele aferente

Definirea conceptului de ecosistem nu trebuie interpretată de o manieră simplistă sub forma unei relaţii de genul biotop + biocenoză = ecosistem Populaţiile din componenţa biocenozei sunt capabile nu numai să suporte rigorile mediului ambiant (biotopului) ci să-l şi transforme ceea ce determină noi interacţiuni icircntre specii (interacţiuni indirecte) ceea ce conduce la definirea unui sistem de interacţiuni complex ale speciilor icircntre ele şi ale speciilor cu mediul Acest tip de sistem reprezintă sistemul ecologic sau ecosistemul Dintr-un alt punct de vedere se poate observa că ecosistemul este alcătuit din cinci subsisteme (trofice) fundamentale

1 substanţe de natură anorganică (elemente chimice sau substanţe minerale)2 producători primari (toate plantele şi unele microorganisme fotosintetizatoare)3 animalele consumatoare (consumatori primari şi secundari de diferite ordine)4 detritusul vegetal şi animal (materie organică rezultată după moarte organismelor vii)5 microorganisme reducătoare sau descompunătoare (organisme ce reduc materia organică la

componenţii minerali)

O schemă a modului de interacţiune dintre componentele ecosistemului este prezentată icircn figura 3Icircntr-un mod mai simplist şi reducacircnd componentele ecosistemului la cele mai importante putem

afirma că structura ecosistemelor este determinată de o varietate de factori care se manifestă inter-relaţional dintre care cacircteva din cele mai importante componente sunt solul atmosfera radiaţia solară apa ndash toate acestea caracterizacircnd biotopul şi organismele vii care ocupă acest biotop reprezentacircnd biocenoza sau comunitatea de plante şi animale specifice unui anumit biotop

Figura 3 Prezentarea schematică a principalelor subsisteme ale ecosistemuluiSe poate reliefa şi o structură biochimică a ecosistemului dacă se consideră modul icircn care sunt

reprezentate cantitativ diversele substanţe (organice sau anorganice libere sau icircnglobate icircn biomasa organismelor) implicate icircn funcţionarea ecosistemului

Avacircnd icircn vedere importanţa unor anumite substanţe (aşa numite substanţe active) pentru funcţionarea ecosistemului cum sunt pigmenţii fotosintetizatori s-a realizat o diferenţiere a ecosistemelor din punct de vedere al eficienţei productivităţii primare Studiul clorofilei a a condus la evidenţierea a patru categorii de ecosisteme

Ecosisteme stratificate Icircn această categorie se includ toate tipurile de păduri ecosistemele cu vegetaţie ierboasă icircnaltă (de tip savană) ecosistemele artificiale (culturi agricole) Acestor ecosisteme le este caracteristică evidenţierea unor substraturi vegetale cu o concentraţie diferită a concentraţiei de clorofilă determinată de reducerea pe orizontală a intensităţii radiaţiei solare Icircntr-un ecosistem stratificat concentraţia de clorofilă a este de aproximativ 04 g pacircnă la 3 g pe metru pătrat ( 1 gram de clorofilă poate produce 04-4 g oxigenoră)

Ecosisteme umbrite Icircn aceste ecosisteme stratul autotrof are un singur nivel Concentraţia de clorofilă a este asemănătoare cu cea existentă le nivelul inferior al ecosistemelor stratificate Caracteristic acestor ecosisteme le este un proces de fotosinteză de cacircteva ori mai redus ca intensitate comparativ cu ecosistemele stratificate Icircn condiţii de iluminare redusă concentraţia de clorofilă a are valori medii foarte scăzute (0001- 05 gm2)

Ecosisteme mixte Aceste tipuri de ecosisteme sunt similare nivelului mediu din ecosistemele de tip stratificat Ele sunt de regulă ecosisteme acvatice icircn care rolul principal icircn realizarea producţiei primare icircl deţin algele planctonice (fitoplanctonul) Datorită bdquomigraţieirdquo diurne pe verticală a algelor microscopice nu se poate identifica totuşi o stratificare stabilă Concentraţia de clorofilă a este variabilă icircn intervalul 002- 1gm2 cu o eliberare de oxigen de 1-10goră pentru fiecare gram de clorofilă

Ecosistemele de lumină Icircn această categorie de ecosisteme sunt incluse acele ecosisteme caracterizate de existenţa unor straturi vegetale cu o dezvoltare nesemnificativă pe verticală Cu alte cuvinte ele sunt din acest punct de vedere ecosisteme mono-strat

Exemple de astfel de ecosisteme sunt peliculele de alge sau cele de licheni culturile agricole (ecosisteme artificiale) mai ales icircn primele stadii de dezvoltare a vegetaţiei sau culturile experimentale expuse iluminării artificiale abundente Concentraţia de clorofilă a este similară cu aceea de la nivelul superior din ecosistemele stratificate 001-06gm2 1g de clorofilă fiind implicat icircn eliberarea a 8-40g oxigenoră

Există evident şi alte criterii de clasificare a ecosistemelor Spre exemplu pentru ecosistemele acvatice s-au luat icircn considerare principalele grupe de organisme acvatice (nectonul planctonul bentosul) sau domenii ale mediului acvatic cum sunt domeniul pelagial bental etc dar şi criteriul energetic (Tab 1) mai exact mărimea fluxului energetic prin ecosistem (Odum 1972)Cea mai importantă sursă energetică este evident energia radiantă solară Odată fixată de către plante energia icircncorporată icircn masa organică circulă icircn cadrul ecosistemului sau poate fi de asemenea trecută dintr-un ecosistem icircn altul printr-o serie de procese care includ migraţia animalelor vacircnătoare recoltarea plantelor fenomene de eroziune etc

41 Biotopul

Descrierea unui ecosistem se poate realiza prin raportarea la componenta abiotică a acestuia icircn primul racircnd sub aspectul fizionomiei şi tipologiei şi icircn al doilea racircnd din punctul de vedere al structurii sale spaţiale Se apreciază că icircn condiţii asemănătoare de viaţă se realizează structuri similare de specii icircn cadrul biocenozei Conceptul de biotop defineşte acel subsistem fundamental al ecosistemului care icircnglobează toţi factorii externi de natură abiotică ce afectează organismele vii Biotopul este deci substratul mediul fizico-chimic pe care sau icircn care populaţiile componente ale biocenozei comunităţile de plante animale şi microorganisme trăiesc se dezvoltă şi se reproduc

Caracterele particulare ale biotopului determină caracteristicile structurale şi funcţionale ale biocenozei asociate In mediul acvatic acest fapt este evident chiar dacă se ia icircn considerare fie şi numai morfologia biotopului S-a remarcat icircn acest sens faptul că recife artificiale pot modifica structura biocenozei şi productivitatea biologică locală a unor ecosisteme marine şi oceanice prin apariţia unor habitate specifice care vor constitui suportul pentru o creştere a diversităţii biologice De exemplu creşterea productivităţii piscicole icircn astfel de ecosisteme acvatice este atacirct de importantă cantitativ icircncacirct metoda introducerii recifelor artificiale este frecvent utilizată icircn pescăriile marine şi oceanice reprezentacircnd un succes evident al ecologiei aplicate

Cele mai multe specii sunt supuse presiunii mediului abiotic cel puţin icircn anumite zone geografice ale arealului lor prin acţiunea factorilor mediului abiotic cum sunt climatul apa lumina substanţele minerale Nici o specie nu este adaptată să supravieţuiască icircn toate condiţiile existente pe Pămacircnt Toate speciile au limite specifice de toleranţa la acţiunea factorilor fizici şi chimici care afectează direct sau indirect succesul supravieţuirii şi reproducerii acestora Intervalul de valori cuprins icircn icircntregul spectru de variaţie a factorilor abiotici icircn care speciile pot supravieţui şi persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleranţă iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleranţă Valorile factorilor abiotici cuprinse icircn intervalul de toleranţă la care speciile sau populaţiile funcţionează icircn modul cel mai eficient alcătuiesc intervalul optim (optimul dezvoltării)

Chimistul german Liebig (1840) a lansat ipoteza considerată multă vreme un principiu ecologic fundamental că organismele vii sunt icircn general limitate de către acţiunea unui singur factor al biotopului care este insuficient icircn comparaţie cu necesităţile acestora La acel moment ecologii au considerat această idee atacirct de interesantă icircncacirct au denumit-o legea minimului sau legea minimului lui Liebig icircncercacircnd totodată să determine acel singur factor care limitează creşterea şi dezvoltarea speciilor

Mai tacircrziu multe studii au relevat faptul că acest concept nu este adecvat pentru a putea explica limitele de distribuţie pentru cele mai multe specii sau oricum explicaţia este prea simplistă

S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici interacţiunea acestora potenţacircnd sau diminuacircnd efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat

411 Factorii mediului abiotic

Din punct de vedere a modului lor de acţiune şi al efectelor pe care variaţiile factorilor mediului abiotic le produc asupra funcţionării speciilor din biocenoză se poate considera că principalii factori fizico-chimici se pot manifesta icircn două moduri distincte

O manifestare a fluctuaţiei valorilor acestora icircntr-un anumit interval cu o anume amplitudine şi o periodicitate bine definită deci o manifestare bdquonormalardquo conduce la fenomene cum sunt ciclul nictemeral (alternanţa noapte-zi) succesiunea anotimpurilor mareele etc la care speciile sunt adaptate

Acest tip de fluctuaţii ale factorilor abiotici sunt fie benefice pentru populaţii fie uşor de suportat de către acestea Un alt tip de manifestare a acţiunii factorilor abiotici ai mediului este reprezentat de fluctuaţia icircntacircmplătoare a acestora şi icircnregistrarea unor valori bdquoanormalerdquo ale amplitudinii variaţiei lor dincolo de limitele obişnuite Acest tip de acţiune perturbă activitatea normală a ecosistemului şi are de regulă efecte nefaste asupra populaţiilor din biocenoză

Exemple de astfel de bdquoanomaliirdquo icircn manifestarea factorilor de mediu pot fi temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate care depăşesc flagrant media maximelor sau minimelor termice precipitaţii extrem de abundente (inundaţii catastrofale) perioade de secetă prelungită furtuni deosebit de puternice erupţii vulcanice etc

Principala deosebire icircntre cele două moduri de manifestare a factorilor abiotici mediali constă icircn efectele pe care le produc asupra populaţiilor naturale Icircn cazul icircn care factorii fluctuează icircn limite normale speciile se adaptează şi efectele sunt benefice neutre sau afectează icircn mod nesemnificativ efectivele populaţiilor

Icircn cazul extrem cacircnd amplitudinea variaţiei factorilor de mediu este extrem de mare efectul lor aspra biocenozei este deosebit de semnificativ şi se exprimă prin scăderea efectivelor populaţiilor uneori pacircnă la valori ale numărului de indivizi care permit cu dificultate refacerea efectivului iniţial iar icircn cazuri extreme pot conduce la dispariţia populaţiilor

4111 Lumina solară

Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară Desigur există şi alte surse luminoase sau calorice cum sunt lumina artificială lumina de natură biologică energia geotermică dar impactul global al acestora asupra ecosferei este limitat accidental sau de importanţă locală Soarele este deci cea mai importantă sursă de energie pentru derularea activităţii normale la nivelul majorităţii ecosistemelor lumina solară manifestacircndu-şi rolul energetic fundamental icircn procesul de fotosinteză prin care plantele produc substanţă organică pornind de la elemente minerale

Lumina vizibilă perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio microundele radiaţiile infraroşii lumina vizibilă radiaţiile ultraviolete radiaţiile x şi radiaţiile gamma

Energia solară este energia radiantă produsă de Soare ca urmare a reacţiilor de fuziune nucleară ce se produc icircn interiorul acestei stele presupunacircnd fuziunea a două nuclee uşoare de hidrogen care determină

apariţia unor nuclee grele de deuteriu ( 12 H ) Deuteriul se combină după reacţia

12 H+1

2 Hrarr23 He+0

1 n+32 MeV

din care rezultă heliu un neutron liber şi o cantitate de energie de 32 MeV ceea ce icircnseamnă 51 10 -

13 J sau 12 10-13 calorii Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu

atmosfera şi suprafaţa pămacircntului Cantitatea de energie solară care ajunge la nivelul superior al atmosferei terestre considerată atunci cacircnd Pămacircntul se află la distanţa medie faţă de Soare este cunoscută sub denumirea de constantă solară şi are valoarea medie de 137 106 erg sec şi cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut şi cm2 Deşi intensitatea radiaţiei solare nu este constantă variaţia acesteia este destul de redusă fiind estimată la circa 02 icircntr-un interval de timp de 30 ani Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pămacircntului este mai redusă decacirct valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră

Cantitatea de energie incidentă este diferită icircn funcţie de momentul zilei sezon şi poziţia geografică Din cantitatea totală de 25 1018 calorii pe minut care pătrunde icircn atmosfera terestră la suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 16 calcm2 şi pe minut Valorile ce se icircnregistrează la diferite latitudini sunt foarte diferite şi au următoarele valori medii anuale icircn zonele nordice 40 000 ndash 50 000 calcm2 icircn zonele temperate 80 000 ndash 15 000 calcm2 icircn zonele tropicale mai mult de 200 000 calcm2

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse icircntre 1 Ǻ ( Angstrom 1 Ǻ = 10 -10m) şi cacircţiva kilometri (icircn cazul undelor radio lungi) Cea mai mare pondere din energia solară incidentă o deţin icircnsă radiaţiile cu lungimi de undă cuprinse icircntre 02 10-6 şi 4 10-6 metri

Radiaţiile vizibile ale spectrului solar reprezintă aproximativ 42 procente Acestea sunt radiaţiile care permit organului vizual al animalelor să vizualizeze mediul icircnconjurător asiguracircnd astfel comunicarea vizuală dintre acestea şi orientarea icircn cadrul habitatului Din zona vizibilă a spectrului icircn procesul de fotosinteză se utilizează numai aproximativ 21 din energia solară

La nivelul ecosistemelor acvatice energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 14 1012 calorii pe minut Din această energie o cantitate variabilă icircntre 3 şi 40 este reflectată de suprafaţa apei icircn funcţie de unghiul de incidenţă şi de gradul de agitaţie al suprafeţei luciului de apă

Apa absoarbe lumina icircn mod diferit icircn funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare şi icircn consecinţă tipul de lumină care pătrunde icircn diverse orizonturi acvatice este diferit Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid icircn timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde uneori pacircnă la 1000 m adacircncime Radiaţiile bdquoverzirdquo ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante icircn cadrul fotosintezei clorofiliene De aceea icircn mări şi oceane la orizonturile la care pătrund aceste radiaţii plantele acvatice de genul algelor roşii care pot fi prezente pacircnă la adacircncimi de 500 m utilizează un pigment diferit de clorofilă un pigment roşu denumit ficoeritrină Icircn general spectrul luminii albe utilizabile de către plante icircn procesul de fotosinteză este caracterizat de o utilizare maximă a radiaţiilor albastre şi roşii şi de o utilizare minimă a radiaţiilor verzi Icircn figura 5 este reprezentat spectrul absorbţiei luminii de către ansamblul pigmenţilor implicaţi icircn procesul de fotosinteză exprimat icircn procente din lumina bdquoalbărdquo cu precizarea că diversele lungimi de undă sunt considerate a fi distribuite uniform icircn cadrul radiaţiei solare

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde icircn ecosistemele acvatice este diferită icircn funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie refracţie absorbţie şi dispersie Din acest motiv transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adacircncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante icircn procesul de fotosinteză

Icircn apele cu transparenţa de unu pacircnă la doi metri la adacircncimea de 1 m pătrunde numai 5 pacircnă la10 din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei iar la adacircncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0003 ndash 001 calcm2 şi minut

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 4: Introducere în ecologie

Icircn această definiţie referirea la lumea exterioară presupune faptul că un sistem real nu poate fi exista izolat ci el trebuie să aparţină unui sistem mai cuprinzător icircn cadrul căruia are anumite atribuţii De asemenea un sistem presupune existenţa unui ansamblu de elemente (de obicei alte sisteme sau subsisteme) componente care sunt icircn corelaţie icircn scopul asigurării funcţionalităţii icircntregului De aceea putem denumi sistemul ca fiind un ansamblu de părţi sau componente interconectate prin legături funcţionale Aceste legături (conexiuni) implică mişcare şi evoluţie elemente care sunt perfect sesizabile icircn cazul sistemelor particulare pe care le denumim sisteme biologice şi care le conferă acestora cacircteva categorii de proprietăţi

Una din principalele proprietăţi ale sistemelor biologice este aceea că elementele componente ale unor astfel de sisteme depind unul de altul icircn ceea ce priveşte atacirct funcţionarea cacirct şi evoluţia acestora

Elementul fundamental al manifestării vieţii este reprezentat de individul biologic deci de organism Pornind de la această premisă sistemele biologice se pot clasifica icircn

a) sisteme biologice individuale reprezentate de organismele viib) sisteme biologice supraindividuale care includ mai multe organisme fie populaţii dacă

organismele componente au o origine comună (aparţin aceleiaşi specii) fie comunităţi sau biocenoze icircn cazul icircn care organismele aparţin unor specii diferite de plante şi animale sau biosfera care este alcătuită de totalitatea ecosistemelor complexe ale Pămacircntului care icircmpreună conţin toate formele sub care se manifestă viaţa

Toate sistemele biologice supraindividuale sunt formate dintr-un număr variabil de organisme (indivizi) icircntre care există conexiuni reciproce de natură genetică structurală funcţională sau spaţială Aceste tipuri de sisteme biologice icircn relaţie cu substratul pe care se manifestă constituie obiectul general de studiu ecologic Ansamblul elementelor componente ale unui sistem supraindividual poate fi imaginat şi reprezentat sub forma unei organigrame de interacţiuni (Fig2) Icircn organigramă subsistemele (elementele componente) sunt desemnate prin litere iar interacţiunile dintre sau la nivelul acestora prin diferite tipuri de săgeţi liniile continue desemnează acţiunile directe liniile discontinue indică prezenţa unor acţiuni indirecte liniile curbe indică acţiunea unui element supra lui icircnsuşi

De asemenea acţiunea se poate manifesta icircntre elementele sistemului icircntr-un singur sens sau icircn ambele sensuri Cele cinci compartimente ale schemei sunt figurate diferit pentru a reprezenta faptul că elementele componente ale sistemului pot fi şi deferite (nu sunt neapărat identice)

Icircn figura 2 sunt reprezentate tipurile de acţiuni şi sensul acestora dar nu este evidenţiată nici intensitatea acţiunii şi nici bdquovitezardquo rapiditatea acesteia elemente cu o semnificaţie deosebită pentru funcţionalitatea sistemului Din acest punct de vedere se pot diferenţia două tipuri de acţiuni acţiuni bdquoputernicerdquo şi acţiuni bdquoslaberdquo (Frontier şi Pichod-Viale 1991) Deosebirea dintre aceste două categorii de acţiuni este reliefată de modalitatea prin care se măsoară intensitatea şi viteza acţiunii Se pot distinge astfel două aspecte

Primul se referă la gradul de determinare a unei variabile ce caracterizează un compartiment (element subsistem) al sistemului prin intermediul altui compartiment Icircn termeni statistici bdquoforţardquo de acţiune a compartimentului A asupra compartimentului B poate fi măsurată prin proporţia variaţiei compartimentului B datorată variaţiilor compartimentului A Conform teoriei informaţiei se poate aprecia cantitatea de informaţie transmisă de la compartimentul B către compartimentul A

Al doilea element este reprezentat de durata acţiunii Icircn mod obişnuit acţiunea indirectă este caracterizată de un timp mai mare de realizare icircn comparaţie cu durata de realizare a unei acţiuni directe deoarece acţiunea indirectă presupune faze sau etape intermediare ceea ce măreşte durata de finalizare a acesteia Se poate presupune deci că o astfel de acţiune derulată pe un interval mai larg este de regulă o acţiune bdquoslabărdquo

La nivelul ecosistemelor sisteme cu o complexitate deosebită tendinţa informaţiei este de a se disipa şi disemina pe diverse parcursuri simultane Reprezentarea prin intermediul diagramelor devine astfel mai complicată pe de-o parte datorită numărului mare de compartimente dar şi datorită numărului crescut de reprezentări ale acţiunilor prin intermediul săgeţilor Vom avea astfel reţele foarte complexe de interacţiuni evident mai dificil de studiat

Studiul reţelelor complexe de interacţiuni din cadrul ecosistemelor este realizat icircntr-un mod mai facil de aplicarea teoriei grafurilor care permite analiza unei reţele prin intermediul unor termeni specifici ca bdquobuclerdquo şi bdquonodurirdquo fapt ce permite deducţia logică a unui număr mare de

proprietăţi care altfel ar fi dificil de relevatUna din aceste proprietăţi este tranzitivitatea Icircn principiu tranzitivitatea presupune următorul

raţionament dacă un element A acţionează asupra elementului B iar elementul B va acţiona asupra unui alt element notat cu C rezultă că elementul A acţionează (icircn mod indirect) şi asupra elementului C După cum se observă tranzitivitatea presupune o acţiune indirectă adică o acţiune bdquoslabărdquo incapabilă de regulă să conserve caracteristicile de forţă şi viteză ale acţiunii iniţiale (acţiunea lui A asupra lui B)

Teoria informaţiei lansată de Shannon (1948) şi utilizarea noţiunii de bdquocantitate de informaţirdquo a permis atribuirea unei valori precise bdquoforţeirdquo unei interacţiuni Ca urmare se poate considera că un element A va adune mai multă informaţie unui element B dacă funcţionarea şi evoluţia elementului B depinde icircntr-o mai mare măsură de variaţiile elementului A mai exact de variaţiile elementului A percepute de elementul B Studiul reţelelor de acţiuni şi interacţiuni care să includă şi evaluarea performanţelor acestora poate fi interpretat ca o analiză a gestiunii informaţiei icircntr-un ecosistem

Icircnchiderea tranzitivă a unei reţele reprezintă ansamblul interacţiunilor directe stabilite prin conceptualizarea reţelei precum şi al acţiunilor indirecte pe care acestea le provoacă De aceea un ecosistem poate fi definit ca fiind bdquoicircnchiderea tranzitivă a unei reţele de interacţiuni icircntre populaţiile vii şi mediurdquo

3 Principalele tipuri de sisteme biologice şi caracteristicile lor generale

Materia vie este organizată sub forma sistemelor biologice de diferite grade de complexitate fapt ce permite ierarhizarea acestora plecacircnd de la criteriul universalităţii Cu alte cuvinte totalitatea sistemelor biologice aflate pe acelaşi nivel de organizare cuprinde icircntreaga materie vie iar un nivel de organizare a materiei vii nu este altceva decacirct ansamblul sistemelor vii echivalente Din acest punct de vedere se identifică următoarele nivele de organizare ierarhică a materiei vii

1 Nivelul individual care include toate biosistemele reprezentate de organismele animale sau vegetale toţi indivizii biologici indiferent de gradul lor de evoluţie

2 Nivelul populaţional ocupat de sistemele supraindividuale populaţii de plante sau animale care aparţin aceleiaşi specii sau care se confundă cu specia

3 Nivelul biocenotic reprezentat de comunităţi de plante şi animale (biocenoze) care se comportă ca sisteme biologice complexe

4 Nivelul biomic pe care se situează sisteme de o complexitate superioară (biomi) formate de asociaţii de biocenoze adiacente (acest nivel nu este unanim acceptat)

5 Nivelul biosferei reprezentat de ansamblul vieţii pe Pămacircnt adică de sistemul biosfereiSistemul biologic individual ne este altceva decacirct individul biologic organismul viu El este forma

elementară şi icircn acelaşi timp universală de manifestare a vieţii La nivelul acestui biosistem se manifestă legea specifică organismului biologic şi anume metabolismul care icircn esenţă este procesul prin care materia pătrunsă icircn organism este transformată de către acesta icircn substanţă proprie şi datorită căruia individul biologic poate exista dezvolta şi creşte

Studiul biochimic al transformărilor diferitelor substanţe pătrunse icircn organism s-a realizat relativ tacircrziu (1930) cacircnd datorită metodei stabilite de Stern şi Nanney s-a reuşit urmărirea proceselor parcurse de anumiţi compuşi metabolici importanţi la nivelul organismului Importanţa acestor cercetări a constat icircn faptul că s-a observat că organismul nu este sub toate aspectele o entitate bdquostaticărdquo Chiar şi celulele cu stabilitate recunoscută cum sunt cele nervoase sau musculare icircşi reicircnnoiesc total majoritatea componentelor pe parcursul existenţei lor utilizacircnd alte molecule Acest dinamism al componentelor organismului se manifestă şi la nivelul aminoacizilor care icircşi schimbă permanent atomii şi grupările chimice mici

Din acest motiv organismul nu este bdquoceva definitivrdquo El poate avea periodic o compoziţie complet diferită sub aspect micromolecular fapt care se datorează manifestării metabolismului Pentru a se

evidenţia şi măsura intrările şi ieşirile de materie şi energie deci bugetul energetic al organismului este clasic experimentul realizat de Lavoisier care a studiat pe cobai schimburile gazoase şi energetice

Rezultatul a fost demonstraţia că prin metabolizarea unui mol de glucide un organism animal produce aceeaşi cantitate de căldură (energie) şi dioxid de carbon (materie) şi necesită aceeaşi cantitate de oxigen pentru realizarea bdquoarderiirdquo metabolice ca şi icircn cazul combustiei la flacără a aceleiaşi cantităţi de glucide

Din punct de vedere ecologic sistemul populaţional este constituit din popualţia biologică sau specie Populaţia reprezintă de un grup de indivizi aparţinacircnd aceleiaşi specii care ocupă acelaşi areal Icircn principiu o specie este reprezentată de cel puţin una ( caz icircn care populaţia şi specia se confundă) sau mai multe populaţii

Deşi populaţiile sunt unice icircntr-un anumit sens ele au caracteristici generale diferite de ale indivizilor care intră icircn componenţa sa cum sunt anumite relaţii ce se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi populaţii (relaţii intraspecifice) o anumită structură a efectivului populaţiei (structura de sexe structura de vacircrste) un mod de funcţionare specific o anumită durată de activitate (longevitate specifică)

La nivelul populaţiei se manifestă selecţia naturală şi deci adaptarea speciilor la fluctuaţiile factorilor de mediu Izolarea populaţiilor poate determina local apariţia unor caracteristici specifice care se pot dovedi utile pentru specie

De asemenea la nivelul populaţiei se sesizează tendinţa dispersiei indivizilor din zonele cu densitate crescută spre locaţii cu o mai mică densitate O altă caracteristică a populaţiei este aşa numita capacitate de suport ceea reprezintă de fapt media numărului maxim de indivizi pe care o populaţie icircl poate atinge icircn anumite condiţii date

Studiile de dinamică şi genetică a populaţiilor icircn particular efectele eredităţii şi evoluţiei populaţiei sunt extrem de importante pentru activitate umană de intervenţie icircn ecosistemele naturale sau artificiale

Biocenoza sau comunitatea de plante şi animale este sistemul biologic supraindividual care presupune coexistenţa icircntr-un anumit areal a unor populaţii diferite de plante animale şi microorganisme diferenţiate funcţional şi icircn acelaşi timp interdependente la nivelul căruia se manifestă o caracteristică fundamentală şi anume existenţa relaţiilor interspecifice Biocenoza reprezintă componenta vie a ecosistemului La nivelul biocenozei ca rezultat al relaţiilor dintre specii sau populaţii ale diferitelor specii se manifestă o altă caracteristică a acestui tip de sistem biologic şi anume productivitatea biologică

Biomul este o comunitate biotică caracterizată prin existenţa unor populaţii dominante de plante şi animale trăiesc icircntr-un anumit climat specific de regulă unor zone geografice mai extinse Biomul poate fi privit ca o asociaţie de biocenoze adiacente din punct de vedere geografic ceea ce le conferă particularităţi distincte Deoarece iniţial definirea biomului a fost aceea de bdquoformaţiuni (asociaţii) vegetalerdquo majoritatea biomilor sunt denumiţi după tipul vegetaţiei dominante

Influenţaţi de latitudinea şi altitudinea geografice de temperatură şi regimul precipitaţiilor biomii tereştri sunt diferiţi şi includ variate tipuri de păduri icircntinderi ierboase (savana stepă tundră etc) şi zone deşertice Aceşti biomi includ de asemenea comunităţile specifice bazinelor acvatice incluse (lacuri bălţi mlaştini zone umede) Deşi aceste asociaţii de ecosisteme s-au format icircn zone geografice distincte există unele similarităţi ca urmare a selecţiei naturale

Diversitatea speciilor de animale precum şi a speciilor vegetale subdominante care sunt de regulă caracteristice fiecărui biom este controlată de condiţiile de mediu şi de productivitatea vegetaţiei dominante Icircn general diversitatea speciilor este mai mare dacă producţia primară netă este suficient de mare şi există condiţii favorabile de umiditate şi temperatură

Adaptarea speciilor şi specializarea nişelor trofice pot fi observate foarte bine la nivelul biomilor Organismele care ocupă nişe trofice asemănătoare icircn ecosisteme similare dar separate geografic aparţin unor specii diferite care au dezvoltat icircnsă adaptări similare ca răspuns la modificarea similară a factorilor de mediu Principalele tipuri de biomi sunt prezentate succint icircn continuare

Tundra arctică şi alpină Tundra este un biom caracterizat de o vegetaţie din care lipsesc arborii şi arbuştii de talie mare dar icircn care există plante de talie mică iar suprafaţa solului este umedă si are o structură spongioasă larg răspacircndit icircn jurul latitudinii nordice de 60 grade Icircn adacircncime de cacircţiva centimetri pacircnă la cacircţiva metri icircn funcţie de zona geografică şi evoluţia temperaturii solul este icircngheţat

permanent alcătuind aşa numitul permafrost Astfel se explică absenţa plantelor cu rădăcini viguroase (arbori arbuşti etc)

Icircn cadrul acestui tip de biom atacirct precipitaţiile cacirct şi procesul de evaporare au valori minime iar icircn majoritatea zonelor temperatura medie icircn sezonul cald nu depăşeşte 100C Chiar icircn sezonul umed valoarea precipitaţiilor nu este mai mare de 25 mm dar suprafaţa solului este deseori saturată cu apă datorită ratei extrem de scăzute a evapotranspiraţiei

Diversitatea speciilor care populează tundra este scăzută Plantele sunt reprezentate de cacircteva specii de arbuşti pitici cacircteva specii de plante ierboase specii de plate cu flori dintre care cele mai comune aparţin familiei Cyperaceae muşchi şi licheni Plantele cele mai caracteristice tundrei sunt lichenii de tipul aşa numitei bdquoiarba renuluirdquo (Cladonia sp) Lichenii sunt plante mici verzi nevascularizate care aparţin clasei Musci filumul Bryophyta

Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore ca renii boul moscat mamifere din familia Leporidae genul Lepus (asemănătoare cu iepurii dar cu urechile şi picioarele mai mari) rozătoare ale genului Microtus (asemănătoare cu şobolanii) şi lemingi (rozătoare aparţinacircnd genului Lemmus) Dintre speciile carnivore mai frecvente sunt vulpea arctică ursul polar şi lupii Atacirct reptilele cacirct şi amfibienii sun slab reprezentate sau lipsesc datorită temperaturilor scăzute Tundra alpină este icircn oarecare măsură similară tundrei arctice dar lipseşte permafrostul iar suprafaţa solului nu este la fel de umedă datorită unei drenări mai bune a apei

Pădurile boreale de conifere Acest biom este reprezentat de păduri umede şi reci de conifere (sau taiga) care se icircntind pe suprafeţe vaste pe mai multe continente icircntre paralelele de 45 şi 57 grade latitudine nordică Climatul este rece şi foarte rece cu un surplus de umezeală icircn timpul verii Vegetaţia predominantă este reprezentată de diferite specii de conifere dintre care cele mai comune sunt Picea glauca Abies balsamea Pinus resinosa Pinus strobus Picea mariana Pinus contorta Pinus ponderosa etc) Datorită ecranării energiei luminoase plantele situate pe verticală la nivelul inferior sunt mai slab reprezentate

Solul pădurilor boreale este caracterizat de o litieră adacircncă şi o descompunere lentă a materiei organice datorită temperaturilor scăzute este un sol acid cu un deficit de substanţe minerale datorită mineralizării lente şi a faptului ca apa de precipitaţii antrenează şi icircndepărtează majoritatea mineralelor

Pădurile de foioase din zonele temperate Acest biom este caracterizat de un climat moderat şi arbori cu frunze căzătoare (foiase) Datorită condiţiilor climatice favorabile aceste tipuri de păduri au fost extrem de mult reduse ca suprafaţă ca urmare a intervenţiei umane prin transformarea lor icircn zone agricole sau zone urbane Plantele dominante aparţin următoarelor specii Acer sp Fagus sp Quercus sp Carya sp Populus sp Ulmus sp Salix sp etc

Plantele aflate la nivelurile inferioare coronamentului arborilor sunt bine dezvoltate şi diversificate ca specii De asemenea fauna este bine reprezentată de ierbivore carnivore şi unele specii de reptile şi amfibieni Solul este relativ fertil cu o litieră subţire datorită procesului rapid de descompunere a materiei organice

Zonele ierboase Această categorie defineşte un biom caracterizat prin prezenţa şi abundenţa vegetaţiei ierboase icircnalte sau mai puţin icircnalte Icircn Europa şi Asia denumirea acestor zone este stepă iar icircn America de Sud acest tip de biom se numeşte pampas Icircnainte de intervenţia omului preeriile cu iarbă icircnaltă erau formate mai ales din specii de Andropogon sp care alcătuiau dense zone ierboase cu icircnălţimi cuprinse icircntre 15 şi 2 metri Icircn zonele cu precipitaţii mai reduse predomină o specie de numai cacircţiva centimetri icircnălţime Buchloe dactyloides (bdquoiarba bizonuluirdquo)

Solul este de obicei foarte fertil cu o pondere mare a cernoziomurilor Icircn zonele mai uscate ale acestor biomi fertilitatea solurilor poate fi influenţată de salinitate Fertilitatea acestor ecosisteme a determinat exploatarea unor mari icircntinderi pentru culturi agricole cerealiere care suportă o umiditate mai scăzută

Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore mici şi rozătoare precum şi de ierbivore de talie mare şi diferite specii de carnivore Multe din aceste specii sunt ameninţate de distrugerea habitatului datorită extinderii culturilor agricole iar cacircteva sunt chiar pe cale de dispariţie

Deşertul Forma tipică de deşert este definită de existenţa unei vegetaţii slabe şi dispersate alcătuită mai ales din specii de arbuşti Cele mai importante biomuri deşertice sunt localizate icircntre paralelele de 25 şi 35 grade latitudine nordică şi sudică de regulă icircn interiorul continentelor

Existenţa deşerturilor este condiţionată climatic şi se datorează icircn mare parte prezenţei curenţilor de aer descendenţi ce limitează formarea precipitaţiilor care icircn cele mai multe zone deşertice nu depăşesc valoarea anuală de 25 milimetri Icircn cazul icircn care precipitaţiile sunt aproape absente vegetaţia poate lipsi icircn totalitate icircn unele zone deşertice Acolo unde există vegetaţia este reprezentată de arbuşti rezistenţi la secetă (Larrea divaricata Artemisia tridentata etc) şi plante suculente capabile să păstreze apa de genul cactuşilor

Cele mai multe mamifere de deşert sunt specii nocturne care astfel evită căldura excesivă din timpul zilei Sunt bine reprezentate diferite reptile (şopacircrle şi şerpi) care sunt specii poichiloterme precum şi de unele insecte

Chaparral-ul (pădurea sclerofilă sau zona cu vegetaţie săracă de tip mediteranean) Acest tip de biom are o distribuţie spaţială particulară fiind prezent icircn zone limitate icircntre 32 şi 40 grade latitudine nordică şi sudică de obicei pe coastele vestice ale continentelor Icircn aceste zone se manifestă un climat uscat datorat zonei de subtropicale de icircnaltă presiune ce durează o bună parte a anului din primăvara pacircnă toamna tacircrziu

Precipitaţiile sunt prezente mai ales icircn lunile de iarnă şi sunt datorate deplasării frontului polar şi asocierii acestuia cu furtunile cicloanelor de latitudine medie Media anuală a precipitaţiilor este de 300 pacircnă la 750 milimetri pluviometrici iar majoritatea acestor precipitaţii cad icircntr-o perioadă scurtă de timp (2 - 4 luni)

Acest climat foarte special determină ca vegetaţia existentă să dezvolte o serie de adaptări speciale pentru a rezista secetei şi focurilor naturale frecvente Se icircntacirclnesc specii de arbori şi arbuşti de talie redusă care nu icircşi pierd frunzele icircn sezonul secetos

Climatul uscat nu facilitează descompunerea materiei organice icircn sol şi eliberarea mineralelor ceea ce reduce mult fertilitatea solului şi deci nu permite plantelor să producă frunze noi la icircnceputul sezonului (aşa cum se icircntacircmplă la plantele foioase veritabile) Frunzele plantelor care trăiesc şi caracterizează acest biom sunt icircnsă foarte rezistente la condiţiile de secetă

Speciile de plante reprezentative sunt măslinul (Olea europea) eucaliptul acacia pinul maritim (Pinus pinaster) stejarul pitic (Quercus dumosa) şi specii asemănătoare (Quercus suber Quercus virginiana) Cele mai multe specii prezintă spini cu rol de apărare icircmpotriva erbivorelor)

Savana tropicală Savanele tropicale sunt zone ierboase icircn care se găsesc cu o densitate redusă arbori şi arbuşti rezistenţi la secetă care nu au de obicei icircnălţimi mai mari de 10 metri Din punct de vedere climatic aceste zone sunt caracterizate de un sezon umed şi un sezon secetos cu temperaturi ridicate pe tot parcursul anului Savanele ocupă suprafeţe foarte mari icircn estul Africii America de sud şi Australia Vegetaţia acestora asigură sursa de hrană pentru o mare diversitate de animale erbivore pe seama cărora există o varietate crescută de specii carnivore

Pădurile umede tropicale şi ecuatoriale Acest tip de biom se icircntacirclneşte icircntr-o zonă largă icircn jurul Ecuatorului icircn care temperatura şi umiditatea sunt relativ crescute pe tot parcursul anului Precipitaţiile sunt mai mari de 2000 pacircnă la 2500 milimetri şi sunt de regulă prezente pe tot parcursul anului

Vegetaţia este foarte abundentă şi diversificată astfel icircncacirct un kilometru pătrat poate conţine pacircnă la 100 de specii diferite de arbori Pentru comparaţie pe aceeaşi suprafaţă icircn zonele temperate există 3 sau 4 specii de arbori Densitatea acestei păduri este mare iar icircnălţimea arborilor este frecvent de 25-30 metri unele specii avacircnd icircnălţimi de pacircnă la 40 metri

Pădurea umedă tropicală bdquoascunderdquo de asemenea o mare varietate de animale Se presupune că 30 ndash 50 din toate speciile de animale de pe planetă se icircntacirclnesc icircn acest tip de biom

Chiar mediul marin şi oceanic este considerat de către unii ecologi ca avacircnd icircn structura lui biomi cum ar fi largul oceanului zonele litorale zonele bentale ţărmurile stacircncoase sau nisipoase estuarele sau zonele mlăştinoase asociate mareelor

Indiferent de locul pe care icircl ocupa icircn ierarhia care ia icircn consideraţie diferitele nivele de organizare a materiei vii sistemele biologice prezintă cacircteva caracteristici generale(Botnaruic şi Vădineanu 1982)

Caracterul istoric specific (nu numai) sistemelor biologice este datorat faptului că icircnsăşi sistemul integrator al biosferei a parcurs etape evolutive in timp la scară istorică icircn sensul creşterii complexităţii structurale şi funcţionale Implicit toate sistemele biologice contemporane sunt rezultatul proces de evoluţie şi dezvoltare mai mult sau mai puţin icircndelungat

Datorită capacităţii sistemelor biologice de a primi de a acumula procesa şi transmite informaţii specifice se poate reliefa caracterul informaţional al acestora Stugren (1982) consideră că sistemele biologice au evoluat icircn sensul creşterii complexităţii lor structurale şi de asemenea icircn sensul dezvoltării capacităţii de a vehicula informaţia biologică indiferent de aspectul cantitativ al materiei vii Latura calitativă a acestui proces informatic la nivelul biologic este reliefată de importanţa fidelităţii icircn sensul preciziei exactităţii cu care este procesată şi mai ales transmisă informaţia icircn sistemele biologice Este interesant de remarcat ca dacă icircn cazul unor sisteme informaţionale abiotice fidelitatea absolută in procesarea informaţiei este esenţială icircn mod paradoxal lipsa exactităţii totale icircn transmiterea informaţiei (genetice de exemplu) reprezintă pentru sistemele biologice o posibilitate de evoluţie icircn cazul icircn care selecţia naturală validează variantele favorabile ale erorilor

Se poate observa relativ simplu că particularităţile unui sistem biologic nu sunt neapărat caracteristice şi subsistemelor componente Cu alte cuvinte ceea ce caracterizează un sistem biologic nu este doar cumularea caracteristicilor elementelor care icircl compun Sistemul icircn ansamblul său are icircnsuşiri noi care pot fi extrem de diferite de cele ale subsistemelor pe care le integrează din punct de vedere calitativ Această calitate a unui sistem este cunoscută sub denumirea de integralitate şi a fost pusă icircn evidenţă prin studiul unor sisteme biologice supraindividuale Odum (1971) evidenţiază caracteristici suplimentare ale unor ecosisteme acvatice de tipul recif coraligen comparativ cu ecosistemele adiacente (productivitate biologică ridicată) aflate practic icircn aceleaşi condiţii mediale Este de asemenea cunoscut experimentul lui Kamşilov (1979) care e evidenţiat capacitatea crescută a unui ecosistem acvatic cu un grad de integralitate ridicat de a elimina prin capacitatea biologică de autoepurare agenţi poluanţi ai apei de tipul fenolilor decacirct aceeaşi capacitate determinată la nivelul unui sistem biologic simplificat deşi icircn ambele cazuri singurul component capabil de oxidarea fenolilor a fost acelaşi (bacteriile fenol-oxidante)

Gradul de eterogenitate al sistemelor biologice este dat de faptul că deşi icircn structura calitativă a acestora există şi elemente ce pot fi considerate identice cele mai multe componente sunt diferite Eterogenitatea sistemelor biologice reprezintă aşadar o măsură a diversităţii structurale a acestora Pentru că sistemele biologice sunt capabile de evoluţie conform caracterului lor istoric ele se dezvoltă fapt ce presupune mărirea gradului lor de complexitate şi deci creşterea eterogenităţii Icircn acest sens de regulă o eterogenitate mai mare determină şi o integralitate superioară şi că fiecărui tip de sistem icirci este caracteristică o anumită valoare optimă a eterogenităţii

Starea normală de existenţă şi manifestare a sistemelor biologice este aceea de echilibru dinamic Această caracteristică derivă din capacitatea acestora de a fi permanent icircntr-o continuă activitate ce presupune schimbul de materie energie şi informaţie cu mediul Capacitatea sistemelor biologice de a se menţine icircn cadrul unui interval definit de valori care definesc echilibrul dinamic determină caracterul specific antientropic al acestora Cu alte cuvinte sistemele biologice au mecanisme şi resurse energetice interne capabile să contracareze tendinţa de dezagregare caracteristică sistemelor fizice

Starea de echilibru dinamic realizată de sistemele biologice este posibilă datorită manifestării unei autoreglări a funcţionării acestora prin mecanismul de autocontrol O schemă generală a autocontrolului la nivelul sistemului biologic presupune existenţa unor subsisteme specializate icircn recepţia informaţiei din mediu prelucrarea acestei şi elaborarea unei reacţii cacirct mai adecvate la acţiunea excitanţilor mediali Pentru a compara icircn permanenţă eficacitatea reacţiei sistemului la acţiunea stimulantă a mediului şi deci autocontrolul sistemului se manifestă conexiunea inversă (feed-back) prin care sistemul este capabil să ajusteze icircn permanenţă valoarea răspunsului propriu la intensitatea factorilor care icircl stimulează

Botnariuc (1976) prezintă succint toate aceste caracteristici generale ale sistemelor biologice atunci cacircnd le defineşte ca fiind bdquosisteme deschise informaţionalerdquo care datorită modului lor specific de organizare au capacităţi specifice bdquode autoconservare autoreproducere autoreglare şi autodezvoltare de la

forme simple la cele complexe de organizare ele au un comportament antientropic şi finalizat care le asigură stabilitatea icircn relaţiile lor cu alte sistemerdquo

4 Ecosistemul

Icircn principiu atunci cacircnd ne referim la ecosistem icircnţelegem de fapt un sistem deschis cu o alcătuire complexă conferită de cele două subsisteme majore din care acesta este alcătuit şi anume biotopul (mediul fizico-chimic abiotic) şi biocenoza (totalitatea vieţuitoarelor comunitatea de plante animale microorganisme care au ca suport un anumit biotop) Ecosistemul sau sistemul ecologic reprezintă ceea ce ecologii numesc unitatea funcţională fundamentală a biosferei deoarece biosfera icircn ansamblul ei este alcătuită din aceste formaţiuni cu dimensiuni spaţiale şi temporale icircn care manifestarea vieţii este integrată icircn mediul local şi se manifestă icircn mod unitar Cu alte cuvinte un ecosistem cuprinde toată materia vie (microorganisme plante şi animale) inclusă icircntr-un spaţiu definit care constituie substratul manifestării acesteia dar şi componenta abiotică a acestui sistem

Deşi aparent orice combinaţie de manifestare a vieţii pe suport medial poate da impresia existenţei unui sistem ecologic icircn realitate pot fi considerate ecosisteme numai acele asociaţii ale vieţii cu mediul abiotic ce au un anumit grad de stabilitate şi la nivelul cărora se manifestă fluxuri materiale şi energetice

Deşi Forbes (1887) realizează pentru prima dată unitatea vieţii şi mediului ca un sistem pe care l-a denumit microcosmos termenul de ecosistem a fost introdus icircn 1935 de ecologul britanic Sir A G Tansley care a descris sistemele naturale ca o continuă interacţiune dintre componenta vie şi minerală a acestora Perspectiva lui Tansley asupra conceptului de ecosistem are la bază icircn special aspectul funcţional al acestui sistem biologic mai ales din punct de vedere trofic Principala caracteristică a ecosistemului este aceea că la nivelul acesteia se manifestă productivitatea biologică şi se realizează producţia biologică

Concepţia ecologică modernă stabileşte mai multe categorii de structuri ale ecosistemului Cel mai uşor de identificat este modalitatea de stratificare a ecosistemului deoarece cele mai multe ecosisteme prezintă două straturi principale autotrof şi heterotrof

Stratul autotrof alcătuit din totalitatea populaţiilor de plante este situat superior şi beneficiază de accesul necondiţionat la radiaţia solară luminoasă ceea ce presupune o mai mare eficienţă a procesului de fotosinteză şi deci o producţie primară (producţie de substanţă organică) ridicată Stratul heterotrof este alcătuit din organisme care nu au acces la energia luminoasă (fără plante) şi este dependent de existenţa organismelor autotrofe icircn scopul asigurării necesarului energetic

Ecosistemele sunt foarte variate ca dimensiune şi complexitate Spre exemplu o insulă din zona tropicală poate avea un ecosistem format de pădurea umedă tropicală care se poate icircntinde pe sute şi mii de hectare un ecosistem format de zona mlăştinoasă a asociaţilor de mangrove şi un ecosistem subacvatic reprezentat de recifurile coraligene şi biocenozele aferente

Definirea conceptului de ecosistem nu trebuie interpretată de o manieră simplistă sub forma unei relaţii de genul biotop + biocenoză = ecosistem Populaţiile din componenţa biocenozei sunt capabile nu numai să suporte rigorile mediului ambiant (biotopului) ci să-l şi transforme ceea ce determină noi interacţiuni icircntre specii (interacţiuni indirecte) ceea ce conduce la definirea unui sistem de interacţiuni complex ale speciilor icircntre ele şi ale speciilor cu mediul Acest tip de sistem reprezintă sistemul ecologic sau ecosistemul Dintr-un alt punct de vedere se poate observa că ecosistemul este alcătuit din cinci subsisteme (trofice) fundamentale

1 substanţe de natură anorganică (elemente chimice sau substanţe minerale)2 producători primari (toate plantele şi unele microorganisme fotosintetizatoare)3 animalele consumatoare (consumatori primari şi secundari de diferite ordine)4 detritusul vegetal şi animal (materie organică rezultată după moarte organismelor vii)5 microorganisme reducătoare sau descompunătoare (organisme ce reduc materia organică la

componenţii minerali)

O schemă a modului de interacţiune dintre componentele ecosistemului este prezentată icircn figura 3Icircntr-un mod mai simplist şi reducacircnd componentele ecosistemului la cele mai importante putem

afirma că structura ecosistemelor este determinată de o varietate de factori care se manifestă inter-relaţional dintre care cacircteva din cele mai importante componente sunt solul atmosfera radiaţia solară apa ndash toate acestea caracterizacircnd biotopul şi organismele vii care ocupă acest biotop reprezentacircnd biocenoza sau comunitatea de plante şi animale specifice unui anumit biotop

Figura 3 Prezentarea schematică a principalelor subsisteme ale ecosistemuluiSe poate reliefa şi o structură biochimică a ecosistemului dacă se consideră modul icircn care sunt

reprezentate cantitativ diversele substanţe (organice sau anorganice libere sau icircnglobate icircn biomasa organismelor) implicate icircn funcţionarea ecosistemului

Avacircnd icircn vedere importanţa unor anumite substanţe (aşa numite substanţe active) pentru funcţionarea ecosistemului cum sunt pigmenţii fotosintetizatori s-a realizat o diferenţiere a ecosistemelor din punct de vedere al eficienţei productivităţii primare Studiul clorofilei a a condus la evidenţierea a patru categorii de ecosisteme

Ecosisteme stratificate Icircn această categorie se includ toate tipurile de păduri ecosistemele cu vegetaţie ierboasă icircnaltă (de tip savană) ecosistemele artificiale (culturi agricole) Acestor ecosisteme le este caracteristică evidenţierea unor substraturi vegetale cu o concentraţie diferită a concentraţiei de clorofilă determinată de reducerea pe orizontală a intensităţii radiaţiei solare Icircntr-un ecosistem stratificat concentraţia de clorofilă a este de aproximativ 04 g pacircnă la 3 g pe metru pătrat ( 1 gram de clorofilă poate produce 04-4 g oxigenoră)

Ecosisteme umbrite Icircn aceste ecosisteme stratul autotrof are un singur nivel Concentraţia de clorofilă a este asemănătoare cu cea existentă le nivelul inferior al ecosistemelor stratificate Caracteristic acestor ecosisteme le este un proces de fotosinteză de cacircteva ori mai redus ca intensitate comparativ cu ecosistemele stratificate Icircn condiţii de iluminare redusă concentraţia de clorofilă a are valori medii foarte scăzute (0001- 05 gm2)

Ecosisteme mixte Aceste tipuri de ecosisteme sunt similare nivelului mediu din ecosistemele de tip stratificat Ele sunt de regulă ecosisteme acvatice icircn care rolul principal icircn realizarea producţiei primare icircl deţin algele planctonice (fitoplanctonul) Datorită bdquomigraţieirdquo diurne pe verticală a algelor microscopice nu se poate identifica totuşi o stratificare stabilă Concentraţia de clorofilă a este variabilă icircn intervalul 002- 1gm2 cu o eliberare de oxigen de 1-10goră pentru fiecare gram de clorofilă

Ecosistemele de lumină Icircn această categorie de ecosisteme sunt incluse acele ecosisteme caracterizate de existenţa unor straturi vegetale cu o dezvoltare nesemnificativă pe verticală Cu alte cuvinte ele sunt din acest punct de vedere ecosisteme mono-strat

Exemple de astfel de ecosisteme sunt peliculele de alge sau cele de licheni culturile agricole (ecosisteme artificiale) mai ales icircn primele stadii de dezvoltare a vegetaţiei sau culturile experimentale expuse iluminării artificiale abundente Concentraţia de clorofilă a este similară cu aceea de la nivelul superior din ecosistemele stratificate 001-06gm2 1g de clorofilă fiind implicat icircn eliberarea a 8-40g oxigenoră

Există evident şi alte criterii de clasificare a ecosistemelor Spre exemplu pentru ecosistemele acvatice s-au luat icircn considerare principalele grupe de organisme acvatice (nectonul planctonul bentosul) sau domenii ale mediului acvatic cum sunt domeniul pelagial bental etc dar şi criteriul energetic (Tab 1) mai exact mărimea fluxului energetic prin ecosistem (Odum 1972)Cea mai importantă sursă energetică este evident energia radiantă solară Odată fixată de către plante energia icircncorporată icircn masa organică circulă icircn cadrul ecosistemului sau poate fi de asemenea trecută dintr-un ecosistem icircn altul printr-o serie de procese care includ migraţia animalelor vacircnătoare recoltarea plantelor fenomene de eroziune etc

41 Biotopul

Descrierea unui ecosistem se poate realiza prin raportarea la componenta abiotică a acestuia icircn primul racircnd sub aspectul fizionomiei şi tipologiei şi icircn al doilea racircnd din punctul de vedere al structurii sale spaţiale Se apreciază că icircn condiţii asemănătoare de viaţă se realizează structuri similare de specii icircn cadrul biocenozei Conceptul de biotop defineşte acel subsistem fundamental al ecosistemului care icircnglobează toţi factorii externi de natură abiotică ce afectează organismele vii Biotopul este deci substratul mediul fizico-chimic pe care sau icircn care populaţiile componente ale biocenozei comunităţile de plante animale şi microorganisme trăiesc se dezvoltă şi se reproduc

Caracterele particulare ale biotopului determină caracteristicile structurale şi funcţionale ale biocenozei asociate In mediul acvatic acest fapt este evident chiar dacă se ia icircn considerare fie şi numai morfologia biotopului S-a remarcat icircn acest sens faptul că recife artificiale pot modifica structura biocenozei şi productivitatea biologică locală a unor ecosisteme marine şi oceanice prin apariţia unor habitate specifice care vor constitui suportul pentru o creştere a diversităţii biologice De exemplu creşterea productivităţii piscicole icircn astfel de ecosisteme acvatice este atacirct de importantă cantitativ icircncacirct metoda introducerii recifelor artificiale este frecvent utilizată icircn pescăriile marine şi oceanice reprezentacircnd un succes evident al ecologiei aplicate

Cele mai multe specii sunt supuse presiunii mediului abiotic cel puţin icircn anumite zone geografice ale arealului lor prin acţiunea factorilor mediului abiotic cum sunt climatul apa lumina substanţele minerale Nici o specie nu este adaptată să supravieţuiască icircn toate condiţiile existente pe Pămacircnt Toate speciile au limite specifice de toleranţa la acţiunea factorilor fizici şi chimici care afectează direct sau indirect succesul supravieţuirii şi reproducerii acestora Intervalul de valori cuprins icircn icircntregul spectru de variaţie a factorilor abiotici icircn care speciile pot supravieţui şi persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleranţă iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleranţă Valorile factorilor abiotici cuprinse icircn intervalul de toleranţă la care speciile sau populaţiile funcţionează icircn modul cel mai eficient alcătuiesc intervalul optim (optimul dezvoltării)

Chimistul german Liebig (1840) a lansat ipoteza considerată multă vreme un principiu ecologic fundamental că organismele vii sunt icircn general limitate de către acţiunea unui singur factor al biotopului care este insuficient icircn comparaţie cu necesităţile acestora La acel moment ecologii au considerat această idee atacirct de interesantă icircncacirct au denumit-o legea minimului sau legea minimului lui Liebig icircncercacircnd totodată să determine acel singur factor care limitează creşterea şi dezvoltarea speciilor

Mai tacircrziu multe studii au relevat faptul că acest concept nu este adecvat pentru a putea explica limitele de distribuţie pentru cele mai multe specii sau oricum explicaţia este prea simplistă

S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici interacţiunea acestora potenţacircnd sau diminuacircnd efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat

411 Factorii mediului abiotic

Din punct de vedere a modului lor de acţiune şi al efectelor pe care variaţiile factorilor mediului abiotic le produc asupra funcţionării speciilor din biocenoză se poate considera că principalii factori fizico-chimici se pot manifesta icircn două moduri distincte

O manifestare a fluctuaţiei valorilor acestora icircntr-un anumit interval cu o anume amplitudine şi o periodicitate bine definită deci o manifestare bdquonormalardquo conduce la fenomene cum sunt ciclul nictemeral (alternanţa noapte-zi) succesiunea anotimpurilor mareele etc la care speciile sunt adaptate

Acest tip de fluctuaţii ale factorilor abiotici sunt fie benefice pentru populaţii fie uşor de suportat de către acestea Un alt tip de manifestare a acţiunii factorilor abiotici ai mediului este reprezentat de fluctuaţia icircntacircmplătoare a acestora şi icircnregistrarea unor valori bdquoanormalerdquo ale amplitudinii variaţiei lor dincolo de limitele obişnuite Acest tip de acţiune perturbă activitatea normală a ecosistemului şi are de regulă efecte nefaste asupra populaţiilor din biocenoză

Exemple de astfel de bdquoanomaliirdquo icircn manifestarea factorilor de mediu pot fi temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate care depăşesc flagrant media maximelor sau minimelor termice precipitaţii extrem de abundente (inundaţii catastrofale) perioade de secetă prelungită furtuni deosebit de puternice erupţii vulcanice etc

Principala deosebire icircntre cele două moduri de manifestare a factorilor abiotici mediali constă icircn efectele pe care le produc asupra populaţiilor naturale Icircn cazul icircn care factorii fluctuează icircn limite normale speciile se adaptează şi efectele sunt benefice neutre sau afectează icircn mod nesemnificativ efectivele populaţiilor

Icircn cazul extrem cacircnd amplitudinea variaţiei factorilor de mediu este extrem de mare efectul lor aspra biocenozei este deosebit de semnificativ şi se exprimă prin scăderea efectivelor populaţiilor uneori pacircnă la valori ale numărului de indivizi care permit cu dificultate refacerea efectivului iniţial iar icircn cazuri extreme pot conduce la dispariţia populaţiilor

4111 Lumina solară

Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară Desigur există şi alte surse luminoase sau calorice cum sunt lumina artificială lumina de natură biologică energia geotermică dar impactul global al acestora asupra ecosferei este limitat accidental sau de importanţă locală Soarele este deci cea mai importantă sursă de energie pentru derularea activităţii normale la nivelul majorităţii ecosistemelor lumina solară manifestacircndu-şi rolul energetic fundamental icircn procesul de fotosinteză prin care plantele produc substanţă organică pornind de la elemente minerale

Lumina vizibilă perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio microundele radiaţiile infraroşii lumina vizibilă radiaţiile ultraviolete radiaţiile x şi radiaţiile gamma

Energia solară este energia radiantă produsă de Soare ca urmare a reacţiilor de fuziune nucleară ce se produc icircn interiorul acestei stele presupunacircnd fuziunea a două nuclee uşoare de hidrogen care determină

apariţia unor nuclee grele de deuteriu ( 12 H ) Deuteriul se combină după reacţia

12 H+1

2 Hrarr23 He+0

1 n+32 MeV

din care rezultă heliu un neutron liber şi o cantitate de energie de 32 MeV ceea ce icircnseamnă 51 10 -

13 J sau 12 10-13 calorii Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu

atmosfera şi suprafaţa pămacircntului Cantitatea de energie solară care ajunge la nivelul superior al atmosferei terestre considerată atunci cacircnd Pămacircntul se află la distanţa medie faţă de Soare este cunoscută sub denumirea de constantă solară şi are valoarea medie de 137 106 erg sec şi cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut şi cm2 Deşi intensitatea radiaţiei solare nu este constantă variaţia acesteia este destul de redusă fiind estimată la circa 02 icircntr-un interval de timp de 30 ani Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pămacircntului este mai redusă decacirct valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră

Cantitatea de energie incidentă este diferită icircn funcţie de momentul zilei sezon şi poziţia geografică Din cantitatea totală de 25 1018 calorii pe minut care pătrunde icircn atmosfera terestră la suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 16 calcm2 şi pe minut Valorile ce se icircnregistrează la diferite latitudini sunt foarte diferite şi au următoarele valori medii anuale icircn zonele nordice 40 000 ndash 50 000 calcm2 icircn zonele temperate 80 000 ndash 15 000 calcm2 icircn zonele tropicale mai mult de 200 000 calcm2

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse icircntre 1 Ǻ ( Angstrom 1 Ǻ = 10 -10m) şi cacircţiva kilometri (icircn cazul undelor radio lungi) Cea mai mare pondere din energia solară incidentă o deţin icircnsă radiaţiile cu lungimi de undă cuprinse icircntre 02 10-6 şi 4 10-6 metri

Radiaţiile vizibile ale spectrului solar reprezintă aproximativ 42 procente Acestea sunt radiaţiile care permit organului vizual al animalelor să vizualizeze mediul icircnconjurător asiguracircnd astfel comunicarea vizuală dintre acestea şi orientarea icircn cadrul habitatului Din zona vizibilă a spectrului icircn procesul de fotosinteză se utilizează numai aproximativ 21 din energia solară

La nivelul ecosistemelor acvatice energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 14 1012 calorii pe minut Din această energie o cantitate variabilă icircntre 3 şi 40 este reflectată de suprafaţa apei icircn funcţie de unghiul de incidenţă şi de gradul de agitaţie al suprafeţei luciului de apă

Apa absoarbe lumina icircn mod diferit icircn funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare şi icircn consecinţă tipul de lumină care pătrunde icircn diverse orizonturi acvatice este diferit Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid icircn timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde uneori pacircnă la 1000 m adacircncime Radiaţiile bdquoverzirdquo ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante icircn cadrul fotosintezei clorofiliene De aceea icircn mări şi oceane la orizonturile la care pătrund aceste radiaţii plantele acvatice de genul algelor roşii care pot fi prezente pacircnă la adacircncimi de 500 m utilizează un pigment diferit de clorofilă un pigment roşu denumit ficoeritrină Icircn general spectrul luminii albe utilizabile de către plante icircn procesul de fotosinteză este caracterizat de o utilizare maximă a radiaţiilor albastre şi roşii şi de o utilizare minimă a radiaţiilor verzi Icircn figura 5 este reprezentat spectrul absorbţiei luminii de către ansamblul pigmenţilor implicaţi icircn procesul de fotosinteză exprimat icircn procente din lumina bdquoalbărdquo cu precizarea că diversele lungimi de undă sunt considerate a fi distribuite uniform icircn cadrul radiaţiei solare

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde icircn ecosistemele acvatice este diferită icircn funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie refracţie absorbţie şi dispersie Din acest motiv transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adacircncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante icircn procesul de fotosinteză

Icircn apele cu transparenţa de unu pacircnă la doi metri la adacircncimea de 1 m pătrunde numai 5 pacircnă la10 din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei iar la adacircncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0003 ndash 001 calcm2 şi minut

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 5: Introducere în ecologie

Studiul reţelelor complexe de interacţiuni din cadrul ecosistemelor este realizat icircntr-un mod mai facil de aplicarea teoriei grafurilor care permite analiza unei reţele prin intermediul unor termeni specifici ca bdquobuclerdquo şi bdquonodurirdquo fapt ce permite deducţia logică a unui număr mare de

proprietăţi care altfel ar fi dificil de relevatUna din aceste proprietăţi este tranzitivitatea Icircn principiu tranzitivitatea presupune următorul

raţionament dacă un element A acţionează asupra elementului B iar elementul B va acţiona asupra unui alt element notat cu C rezultă că elementul A acţionează (icircn mod indirect) şi asupra elementului C După cum se observă tranzitivitatea presupune o acţiune indirectă adică o acţiune bdquoslabărdquo incapabilă de regulă să conserve caracteristicile de forţă şi viteză ale acţiunii iniţiale (acţiunea lui A asupra lui B)

Teoria informaţiei lansată de Shannon (1948) şi utilizarea noţiunii de bdquocantitate de informaţirdquo a permis atribuirea unei valori precise bdquoforţeirdquo unei interacţiuni Ca urmare se poate considera că un element A va adune mai multă informaţie unui element B dacă funcţionarea şi evoluţia elementului B depinde icircntr-o mai mare măsură de variaţiile elementului A mai exact de variaţiile elementului A percepute de elementul B Studiul reţelelor de acţiuni şi interacţiuni care să includă şi evaluarea performanţelor acestora poate fi interpretat ca o analiză a gestiunii informaţiei icircntr-un ecosistem

Icircnchiderea tranzitivă a unei reţele reprezintă ansamblul interacţiunilor directe stabilite prin conceptualizarea reţelei precum şi al acţiunilor indirecte pe care acestea le provoacă De aceea un ecosistem poate fi definit ca fiind bdquoicircnchiderea tranzitivă a unei reţele de interacţiuni icircntre populaţiile vii şi mediurdquo

3 Principalele tipuri de sisteme biologice şi caracteristicile lor generale

Materia vie este organizată sub forma sistemelor biologice de diferite grade de complexitate fapt ce permite ierarhizarea acestora plecacircnd de la criteriul universalităţii Cu alte cuvinte totalitatea sistemelor biologice aflate pe acelaşi nivel de organizare cuprinde icircntreaga materie vie iar un nivel de organizare a materiei vii nu este altceva decacirct ansamblul sistemelor vii echivalente Din acest punct de vedere se identifică următoarele nivele de organizare ierarhică a materiei vii

1 Nivelul individual care include toate biosistemele reprezentate de organismele animale sau vegetale toţi indivizii biologici indiferent de gradul lor de evoluţie

2 Nivelul populaţional ocupat de sistemele supraindividuale populaţii de plante sau animale care aparţin aceleiaşi specii sau care se confundă cu specia

3 Nivelul biocenotic reprezentat de comunităţi de plante şi animale (biocenoze) care se comportă ca sisteme biologice complexe

4 Nivelul biomic pe care se situează sisteme de o complexitate superioară (biomi) formate de asociaţii de biocenoze adiacente (acest nivel nu este unanim acceptat)

5 Nivelul biosferei reprezentat de ansamblul vieţii pe Pămacircnt adică de sistemul biosfereiSistemul biologic individual ne este altceva decacirct individul biologic organismul viu El este forma

elementară şi icircn acelaşi timp universală de manifestare a vieţii La nivelul acestui biosistem se manifestă legea specifică organismului biologic şi anume metabolismul care icircn esenţă este procesul prin care materia pătrunsă icircn organism este transformată de către acesta icircn substanţă proprie şi datorită căruia individul biologic poate exista dezvolta şi creşte

Studiul biochimic al transformărilor diferitelor substanţe pătrunse icircn organism s-a realizat relativ tacircrziu (1930) cacircnd datorită metodei stabilite de Stern şi Nanney s-a reuşit urmărirea proceselor parcurse de anumiţi compuşi metabolici importanţi la nivelul organismului Importanţa acestor cercetări a constat icircn faptul că s-a observat că organismul nu este sub toate aspectele o entitate bdquostaticărdquo Chiar şi celulele cu stabilitate recunoscută cum sunt cele nervoase sau musculare icircşi reicircnnoiesc total majoritatea componentelor pe parcursul existenţei lor utilizacircnd alte molecule Acest dinamism al componentelor organismului se manifestă şi la nivelul aminoacizilor care icircşi schimbă permanent atomii şi grupările chimice mici

Din acest motiv organismul nu este bdquoceva definitivrdquo El poate avea periodic o compoziţie complet diferită sub aspect micromolecular fapt care se datorează manifestării metabolismului Pentru a se

evidenţia şi măsura intrările şi ieşirile de materie şi energie deci bugetul energetic al organismului este clasic experimentul realizat de Lavoisier care a studiat pe cobai schimburile gazoase şi energetice

Rezultatul a fost demonstraţia că prin metabolizarea unui mol de glucide un organism animal produce aceeaşi cantitate de căldură (energie) şi dioxid de carbon (materie) şi necesită aceeaşi cantitate de oxigen pentru realizarea bdquoarderiirdquo metabolice ca şi icircn cazul combustiei la flacără a aceleiaşi cantităţi de glucide

Din punct de vedere ecologic sistemul populaţional este constituit din popualţia biologică sau specie Populaţia reprezintă de un grup de indivizi aparţinacircnd aceleiaşi specii care ocupă acelaşi areal Icircn principiu o specie este reprezentată de cel puţin una ( caz icircn care populaţia şi specia se confundă) sau mai multe populaţii

Deşi populaţiile sunt unice icircntr-un anumit sens ele au caracteristici generale diferite de ale indivizilor care intră icircn componenţa sa cum sunt anumite relaţii ce se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi populaţii (relaţii intraspecifice) o anumită structură a efectivului populaţiei (structura de sexe structura de vacircrste) un mod de funcţionare specific o anumită durată de activitate (longevitate specifică)

La nivelul populaţiei se manifestă selecţia naturală şi deci adaptarea speciilor la fluctuaţiile factorilor de mediu Izolarea populaţiilor poate determina local apariţia unor caracteristici specifice care se pot dovedi utile pentru specie

De asemenea la nivelul populaţiei se sesizează tendinţa dispersiei indivizilor din zonele cu densitate crescută spre locaţii cu o mai mică densitate O altă caracteristică a populaţiei este aşa numita capacitate de suport ceea reprezintă de fapt media numărului maxim de indivizi pe care o populaţie icircl poate atinge icircn anumite condiţii date

Studiile de dinamică şi genetică a populaţiilor icircn particular efectele eredităţii şi evoluţiei populaţiei sunt extrem de importante pentru activitate umană de intervenţie icircn ecosistemele naturale sau artificiale

Biocenoza sau comunitatea de plante şi animale este sistemul biologic supraindividual care presupune coexistenţa icircntr-un anumit areal a unor populaţii diferite de plante animale şi microorganisme diferenţiate funcţional şi icircn acelaşi timp interdependente la nivelul căruia se manifestă o caracteristică fundamentală şi anume existenţa relaţiilor interspecifice Biocenoza reprezintă componenta vie a ecosistemului La nivelul biocenozei ca rezultat al relaţiilor dintre specii sau populaţii ale diferitelor specii se manifestă o altă caracteristică a acestui tip de sistem biologic şi anume productivitatea biologică

Biomul este o comunitate biotică caracterizată prin existenţa unor populaţii dominante de plante şi animale trăiesc icircntr-un anumit climat specific de regulă unor zone geografice mai extinse Biomul poate fi privit ca o asociaţie de biocenoze adiacente din punct de vedere geografic ceea ce le conferă particularităţi distincte Deoarece iniţial definirea biomului a fost aceea de bdquoformaţiuni (asociaţii) vegetalerdquo majoritatea biomilor sunt denumiţi după tipul vegetaţiei dominante

Influenţaţi de latitudinea şi altitudinea geografice de temperatură şi regimul precipitaţiilor biomii tereştri sunt diferiţi şi includ variate tipuri de păduri icircntinderi ierboase (savana stepă tundră etc) şi zone deşertice Aceşti biomi includ de asemenea comunităţile specifice bazinelor acvatice incluse (lacuri bălţi mlaştini zone umede) Deşi aceste asociaţii de ecosisteme s-au format icircn zone geografice distincte există unele similarităţi ca urmare a selecţiei naturale

Diversitatea speciilor de animale precum şi a speciilor vegetale subdominante care sunt de regulă caracteristice fiecărui biom este controlată de condiţiile de mediu şi de productivitatea vegetaţiei dominante Icircn general diversitatea speciilor este mai mare dacă producţia primară netă este suficient de mare şi există condiţii favorabile de umiditate şi temperatură

Adaptarea speciilor şi specializarea nişelor trofice pot fi observate foarte bine la nivelul biomilor Organismele care ocupă nişe trofice asemănătoare icircn ecosisteme similare dar separate geografic aparţin unor specii diferite care au dezvoltat icircnsă adaptări similare ca răspuns la modificarea similară a factorilor de mediu Principalele tipuri de biomi sunt prezentate succint icircn continuare

Tundra arctică şi alpină Tundra este un biom caracterizat de o vegetaţie din care lipsesc arborii şi arbuştii de talie mare dar icircn care există plante de talie mică iar suprafaţa solului este umedă si are o structură spongioasă larg răspacircndit icircn jurul latitudinii nordice de 60 grade Icircn adacircncime de cacircţiva centimetri pacircnă la cacircţiva metri icircn funcţie de zona geografică şi evoluţia temperaturii solul este icircngheţat

permanent alcătuind aşa numitul permafrost Astfel se explică absenţa plantelor cu rădăcini viguroase (arbori arbuşti etc)

Icircn cadrul acestui tip de biom atacirct precipitaţiile cacirct şi procesul de evaporare au valori minime iar icircn majoritatea zonelor temperatura medie icircn sezonul cald nu depăşeşte 100C Chiar icircn sezonul umed valoarea precipitaţiilor nu este mai mare de 25 mm dar suprafaţa solului este deseori saturată cu apă datorită ratei extrem de scăzute a evapotranspiraţiei

Diversitatea speciilor care populează tundra este scăzută Plantele sunt reprezentate de cacircteva specii de arbuşti pitici cacircteva specii de plante ierboase specii de plate cu flori dintre care cele mai comune aparţin familiei Cyperaceae muşchi şi licheni Plantele cele mai caracteristice tundrei sunt lichenii de tipul aşa numitei bdquoiarba renuluirdquo (Cladonia sp) Lichenii sunt plante mici verzi nevascularizate care aparţin clasei Musci filumul Bryophyta

Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore ca renii boul moscat mamifere din familia Leporidae genul Lepus (asemănătoare cu iepurii dar cu urechile şi picioarele mai mari) rozătoare ale genului Microtus (asemănătoare cu şobolanii) şi lemingi (rozătoare aparţinacircnd genului Lemmus) Dintre speciile carnivore mai frecvente sunt vulpea arctică ursul polar şi lupii Atacirct reptilele cacirct şi amfibienii sun slab reprezentate sau lipsesc datorită temperaturilor scăzute Tundra alpină este icircn oarecare măsură similară tundrei arctice dar lipseşte permafrostul iar suprafaţa solului nu este la fel de umedă datorită unei drenări mai bune a apei

Pădurile boreale de conifere Acest biom este reprezentat de păduri umede şi reci de conifere (sau taiga) care se icircntind pe suprafeţe vaste pe mai multe continente icircntre paralelele de 45 şi 57 grade latitudine nordică Climatul este rece şi foarte rece cu un surplus de umezeală icircn timpul verii Vegetaţia predominantă este reprezentată de diferite specii de conifere dintre care cele mai comune sunt Picea glauca Abies balsamea Pinus resinosa Pinus strobus Picea mariana Pinus contorta Pinus ponderosa etc) Datorită ecranării energiei luminoase plantele situate pe verticală la nivelul inferior sunt mai slab reprezentate

Solul pădurilor boreale este caracterizat de o litieră adacircncă şi o descompunere lentă a materiei organice datorită temperaturilor scăzute este un sol acid cu un deficit de substanţe minerale datorită mineralizării lente şi a faptului ca apa de precipitaţii antrenează şi icircndepărtează majoritatea mineralelor

Pădurile de foioase din zonele temperate Acest biom este caracterizat de un climat moderat şi arbori cu frunze căzătoare (foiase) Datorită condiţiilor climatice favorabile aceste tipuri de păduri au fost extrem de mult reduse ca suprafaţă ca urmare a intervenţiei umane prin transformarea lor icircn zone agricole sau zone urbane Plantele dominante aparţin următoarelor specii Acer sp Fagus sp Quercus sp Carya sp Populus sp Ulmus sp Salix sp etc

Plantele aflate la nivelurile inferioare coronamentului arborilor sunt bine dezvoltate şi diversificate ca specii De asemenea fauna este bine reprezentată de ierbivore carnivore şi unele specii de reptile şi amfibieni Solul este relativ fertil cu o litieră subţire datorită procesului rapid de descompunere a materiei organice

Zonele ierboase Această categorie defineşte un biom caracterizat prin prezenţa şi abundenţa vegetaţiei ierboase icircnalte sau mai puţin icircnalte Icircn Europa şi Asia denumirea acestor zone este stepă iar icircn America de Sud acest tip de biom se numeşte pampas Icircnainte de intervenţia omului preeriile cu iarbă icircnaltă erau formate mai ales din specii de Andropogon sp care alcătuiau dense zone ierboase cu icircnălţimi cuprinse icircntre 15 şi 2 metri Icircn zonele cu precipitaţii mai reduse predomină o specie de numai cacircţiva centimetri icircnălţime Buchloe dactyloides (bdquoiarba bizonuluirdquo)

Solul este de obicei foarte fertil cu o pondere mare a cernoziomurilor Icircn zonele mai uscate ale acestor biomi fertilitatea solurilor poate fi influenţată de salinitate Fertilitatea acestor ecosisteme a determinat exploatarea unor mari icircntinderi pentru culturi agricole cerealiere care suportă o umiditate mai scăzută

Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore mici şi rozătoare precum şi de ierbivore de talie mare şi diferite specii de carnivore Multe din aceste specii sunt ameninţate de distrugerea habitatului datorită extinderii culturilor agricole iar cacircteva sunt chiar pe cale de dispariţie

Deşertul Forma tipică de deşert este definită de existenţa unei vegetaţii slabe şi dispersate alcătuită mai ales din specii de arbuşti Cele mai importante biomuri deşertice sunt localizate icircntre paralelele de 25 şi 35 grade latitudine nordică şi sudică de regulă icircn interiorul continentelor

Existenţa deşerturilor este condiţionată climatic şi se datorează icircn mare parte prezenţei curenţilor de aer descendenţi ce limitează formarea precipitaţiilor care icircn cele mai multe zone deşertice nu depăşesc valoarea anuală de 25 milimetri Icircn cazul icircn care precipitaţiile sunt aproape absente vegetaţia poate lipsi icircn totalitate icircn unele zone deşertice Acolo unde există vegetaţia este reprezentată de arbuşti rezistenţi la secetă (Larrea divaricata Artemisia tridentata etc) şi plante suculente capabile să păstreze apa de genul cactuşilor

Cele mai multe mamifere de deşert sunt specii nocturne care astfel evită căldura excesivă din timpul zilei Sunt bine reprezentate diferite reptile (şopacircrle şi şerpi) care sunt specii poichiloterme precum şi de unele insecte

Chaparral-ul (pădurea sclerofilă sau zona cu vegetaţie săracă de tip mediteranean) Acest tip de biom are o distribuţie spaţială particulară fiind prezent icircn zone limitate icircntre 32 şi 40 grade latitudine nordică şi sudică de obicei pe coastele vestice ale continentelor Icircn aceste zone se manifestă un climat uscat datorat zonei de subtropicale de icircnaltă presiune ce durează o bună parte a anului din primăvara pacircnă toamna tacircrziu

Precipitaţiile sunt prezente mai ales icircn lunile de iarnă şi sunt datorate deplasării frontului polar şi asocierii acestuia cu furtunile cicloanelor de latitudine medie Media anuală a precipitaţiilor este de 300 pacircnă la 750 milimetri pluviometrici iar majoritatea acestor precipitaţii cad icircntr-o perioadă scurtă de timp (2 - 4 luni)

Acest climat foarte special determină ca vegetaţia existentă să dezvolte o serie de adaptări speciale pentru a rezista secetei şi focurilor naturale frecvente Se icircntacirclnesc specii de arbori şi arbuşti de talie redusă care nu icircşi pierd frunzele icircn sezonul secetos

Climatul uscat nu facilitează descompunerea materiei organice icircn sol şi eliberarea mineralelor ceea ce reduce mult fertilitatea solului şi deci nu permite plantelor să producă frunze noi la icircnceputul sezonului (aşa cum se icircntacircmplă la plantele foioase veritabile) Frunzele plantelor care trăiesc şi caracterizează acest biom sunt icircnsă foarte rezistente la condiţiile de secetă

Speciile de plante reprezentative sunt măslinul (Olea europea) eucaliptul acacia pinul maritim (Pinus pinaster) stejarul pitic (Quercus dumosa) şi specii asemănătoare (Quercus suber Quercus virginiana) Cele mai multe specii prezintă spini cu rol de apărare icircmpotriva erbivorelor)

Savana tropicală Savanele tropicale sunt zone ierboase icircn care se găsesc cu o densitate redusă arbori şi arbuşti rezistenţi la secetă care nu au de obicei icircnălţimi mai mari de 10 metri Din punct de vedere climatic aceste zone sunt caracterizate de un sezon umed şi un sezon secetos cu temperaturi ridicate pe tot parcursul anului Savanele ocupă suprafeţe foarte mari icircn estul Africii America de sud şi Australia Vegetaţia acestora asigură sursa de hrană pentru o mare diversitate de animale erbivore pe seama cărora există o varietate crescută de specii carnivore

Pădurile umede tropicale şi ecuatoriale Acest tip de biom se icircntacirclneşte icircntr-o zonă largă icircn jurul Ecuatorului icircn care temperatura şi umiditatea sunt relativ crescute pe tot parcursul anului Precipitaţiile sunt mai mari de 2000 pacircnă la 2500 milimetri şi sunt de regulă prezente pe tot parcursul anului

Vegetaţia este foarte abundentă şi diversificată astfel icircncacirct un kilometru pătrat poate conţine pacircnă la 100 de specii diferite de arbori Pentru comparaţie pe aceeaşi suprafaţă icircn zonele temperate există 3 sau 4 specii de arbori Densitatea acestei păduri este mare iar icircnălţimea arborilor este frecvent de 25-30 metri unele specii avacircnd icircnălţimi de pacircnă la 40 metri

Pădurea umedă tropicală bdquoascunderdquo de asemenea o mare varietate de animale Se presupune că 30 ndash 50 din toate speciile de animale de pe planetă se icircntacirclnesc icircn acest tip de biom

Chiar mediul marin şi oceanic este considerat de către unii ecologi ca avacircnd icircn structura lui biomi cum ar fi largul oceanului zonele litorale zonele bentale ţărmurile stacircncoase sau nisipoase estuarele sau zonele mlăştinoase asociate mareelor

Indiferent de locul pe care icircl ocupa icircn ierarhia care ia icircn consideraţie diferitele nivele de organizare a materiei vii sistemele biologice prezintă cacircteva caracteristici generale(Botnaruic şi Vădineanu 1982)

Caracterul istoric specific (nu numai) sistemelor biologice este datorat faptului că icircnsăşi sistemul integrator al biosferei a parcurs etape evolutive in timp la scară istorică icircn sensul creşterii complexităţii structurale şi funcţionale Implicit toate sistemele biologice contemporane sunt rezultatul proces de evoluţie şi dezvoltare mai mult sau mai puţin icircndelungat

Datorită capacităţii sistemelor biologice de a primi de a acumula procesa şi transmite informaţii specifice se poate reliefa caracterul informaţional al acestora Stugren (1982) consideră că sistemele biologice au evoluat icircn sensul creşterii complexităţii lor structurale şi de asemenea icircn sensul dezvoltării capacităţii de a vehicula informaţia biologică indiferent de aspectul cantitativ al materiei vii Latura calitativă a acestui proces informatic la nivelul biologic este reliefată de importanţa fidelităţii icircn sensul preciziei exactităţii cu care este procesată şi mai ales transmisă informaţia icircn sistemele biologice Este interesant de remarcat ca dacă icircn cazul unor sisteme informaţionale abiotice fidelitatea absolută in procesarea informaţiei este esenţială icircn mod paradoxal lipsa exactităţii totale icircn transmiterea informaţiei (genetice de exemplu) reprezintă pentru sistemele biologice o posibilitate de evoluţie icircn cazul icircn care selecţia naturală validează variantele favorabile ale erorilor

Se poate observa relativ simplu că particularităţile unui sistem biologic nu sunt neapărat caracteristice şi subsistemelor componente Cu alte cuvinte ceea ce caracterizează un sistem biologic nu este doar cumularea caracteristicilor elementelor care icircl compun Sistemul icircn ansamblul său are icircnsuşiri noi care pot fi extrem de diferite de cele ale subsistemelor pe care le integrează din punct de vedere calitativ Această calitate a unui sistem este cunoscută sub denumirea de integralitate şi a fost pusă icircn evidenţă prin studiul unor sisteme biologice supraindividuale Odum (1971) evidenţiază caracteristici suplimentare ale unor ecosisteme acvatice de tipul recif coraligen comparativ cu ecosistemele adiacente (productivitate biologică ridicată) aflate practic icircn aceleaşi condiţii mediale Este de asemenea cunoscut experimentul lui Kamşilov (1979) care e evidenţiat capacitatea crescută a unui ecosistem acvatic cu un grad de integralitate ridicat de a elimina prin capacitatea biologică de autoepurare agenţi poluanţi ai apei de tipul fenolilor decacirct aceeaşi capacitate determinată la nivelul unui sistem biologic simplificat deşi icircn ambele cazuri singurul component capabil de oxidarea fenolilor a fost acelaşi (bacteriile fenol-oxidante)

Gradul de eterogenitate al sistemelor biologice este dat de faptul că deşi icircn structura calitativă a acestora există şi elemente ce pot fi considerate identice cele mai multe componente sunt diferite Eterogenitatea sistemelor biologice reprezintă aşadar o măsură a diversităţii structurale a acestora Pentru că sistemele biologice sunt capabile de evoluţie conform caracterului lor istoric ele se dezvoltă fapt ce presupune mărirea gradului lor de complexitate şi deci creşterea eterogenităţii Icircn acest sens de regulă o eterogenitate mai mare determină şi o integralitate superioară şi că fiecărui tip de sistem icirci este caracteristică o anumită valoare optimă a eterogenităţii

Starea normală de existenţă şi manifestare a sistemelor biologice este aceea de echilibru dinamic Această caracteristică derivă din capacitatea acestora de a fi permanent icircntr-o continuă activitate ce presupune schimbul de materie energie şi informaţie cu mediul Capacitatea sistemelor biologice de a se menţine icircn cadrul unui interval definit de valori care definesc echilibrul dinamic determină caracterul specific antientropic al acestora Cu alte cuvinte sistemele biologice au mecanisme şi resurse energetice interne capabile să contracareze tendinţa de dezagregare caracteristică sistemelor fizice

Starea de echilibru dinamic realizată de sistemele biologice este posibilă datorită manifestării unei autoreglări a funcţionării acestora prin mecanismul de autocontrol O schemă generală a autocontrolului la nivelul sistemului biologic presupune existenţa unor subsisteme specializate icircn recepţia informaţiei din mediu prelucrarea acestei şi elaborarea unei reacţii cacirct mai adecvate la acţiunea excitanţilor mediali Pentru a compara icircn permanenţă eficacitatea reacţiei sistemului la acţiunea stimulantă a mediului şi deci autocontrolul sistemului se manifestă conexiunea inversă (feed-back) prin care sistemul este capabil să ajusteze icircn permanenţă valoarea răspunsului propriu la intensitatea factorilor care icircl stimulează

Botnariuc (1976) prezintă succint toate aceste caracteristici generale ale sistemelor biologice atunci cacircnd le defineşte ca fiind bdquosisteme deschise informaţionalerdquo care datorită modului lor specific de organizare au capacităţi specifice bdquode autoconservare autoreproducere autoreglare şi autodezvoltare de la

forme simple la cele complexe de organizare ele au un comportament antientropic şi finalizat care le asigură stabilitatea icircn relaţiile lor cu alte sistemerdquo

4 Ecosistemul

Icircn principiu atunci cacircnd ne referim la ecosistem icircnţelegem de fapt un sistem deschis cu o alcătuire complexă conferită de cele două subsisteme majore din care acesta este alcătuit şi anume biotopul (mediul fizico-chimic abiotic) şi biocenoza (totalitatea vieţuitoarelor comunitatea de plante animale microorganisme care au ca suport un anumit biotop) Ecosistemul sau sistemul ecologic reprezintă ceea ce ecologii numesc unitatea funcţională fundamentală a biosferei deoarece biosfera icircn ansamblul ei este alcătuită din aceste formaţiuni cu dimensiuni spaţiale şi temporale icircn care manifestarea vieţii este integrată icircn mediul local şi se manifestă icircn mod unitar Cu alte cuvinte un ecosistem cuprinde toată materia vie (microorganisme plante şi animale) inclusă icircntr-un spaţiu definit care constituie substratul manifestării acesteia dar şi componenta abiotică a acestui sistem

Deşi aparent orice combinaţie de manifestare a vieţii pe suport medial poate da impresia existenţei unui sistem ecologic icircn realitate pot fi considerate ecosisteme numai acele asociaţii ale vieţii cu mediul abiotic ce au un anumit grad de stabilitate şi la nivelul cărora se manifestă fluxuri materiale şi energetice

Deşi Forbes (1887) realizează pentru prima dată unitatea vieţii şi mediului ca un sistem pe care l-a denumit microcosmos termenul de ecosistem a fost introdus icircn 1935 de ecologul britanic Sir A G Tansley care a descris sistemele naturale ca o continuă interacţiune dintre componenta vie şi minerală a acestora Perspectiva lui Tansley asupra conceptului de ecosistem are la bază icircn special aspectul funcţional al acestui sistem biologic mai ales din punct de vedere trofic Principala caracteristică a ecosistemului este aceea că la nivelul acesteia se manifestă productivitatea biologică şi se realizează producţia biologică

Concepţia ecologică modernă stabileşte mai multe categorii de structuri ale ecosistemului Cel mai uşor de identificat este modalitatea de stratificare a ecosistemului deoarece cele mai multe ecosisteme prezintă două straturi principale autotrof şi heterotrof

Stratul autotrof alcătuit din totalitatea populaţiilor de plante este situat superior şi beneficiază de accesul necondiţionat la radiaţia solară luminoasă ceea ce presupune o mai mare eficienţă a procesului de fotosinteză şi deci o producţie primară (producţie de substanţă organică) ridicată Stratul heterotrof este alcătuit din organisme care nu au acces la energia luminoasă (fără plante) şi este dependent de existenţa organismelor autotrofe icircn scopul asigurării necesarului energetic

Ecosistemele sunt foarte variate ca dimensiune şi complexitate Spre exemplu o insulă din zona tropicală poate avea un ecosistem format de pădurea umedă tropicală care se poate icircntinde pe sute şi mii de hectare un ecosistem format de zona mlăştinoasă a asociaţilor de mangrove şi un ecosistem subacvatic reprezentat de recifurile coraligene şi biocenozele aferente

Definirea conceptului de ecosistem nu trebuie interpretată de o manieră simplistă sub forma unei relaţii de genul biotop + biocenoză = ecosistem Populaţiile din componenţa biocenozei sunt capabile nu numai să suporte rigorile mediului ambiant (biotopului) ci să-l şi transforme ceea ce determină noi interacţiuni icircntre specii (interacţiuni indirecte) ceea ce conduce la definirea unui sistem de interacţiuni complex ale speciilor icircntre ele şi ale speciilor cu mediul Acest tip de sistem reprezintă sistemul ecologic sau ecosistemul Dintr-un alt punct de vedere se poate observa că ecosistemul este alcătuit din cinci subsisteme (trofice) fundamentale

1 substanţe de natură anorganică (elemente chimice sau substanţe minerale)2 producători primari (toate plantele şi unele microorganisme fotosintetizatoare)3 animalele consumatoare (consumatori primari şi secundari de diferite ordine)4 detritusul vegetal şi animal (materie organică rezultată după moarte organismelor vii)5 microorganisme reducătoare sau descompunătoare (organisme ce reduc materia organică la

componenţii minerali)

O schemă a modului de interacţiune dintre componentele ecosistemului este prezentată icircn figura 3Icircntr-un mod mai simplist şi reducacircnd componentele ecosistemului la cele mai importante putem

afirma că structura ecosistemelor este determinată de o varietate de factori care se manifestă inter-relaţional dintre care cacircteva din cele mai importante componente sunt solul atmosfera radiaţia solară apa ndash toate acestea caracterizacircnd biotopul şi organismele vii care ocupă acest biotop reprezentacircnd biocenoza sau comunitatea de plante şi animale specifice unui anumit biotop

Figura 3 Prezentarea schematică a principalelor subsisteme ale ecosistemuluiSe poate reliefa şi o structură biochimică a ecosistemului dacă se consideră modul icircn care sunt

reprezentate cantitativ diversele substanţe (organice sau anorganice libere sau icircnglobate icircn biomasa organismelor) implicate icircn funcţionarea ecosistemului

Avacircnd icircn vedere importanţa unor anumite substanţe (aşa numite substanţe active) pentru funcţionarea ecosistemului cum sunt pigmenţii fotosintetizatori s-a realizat o diferenţiere a ecosistemelor din punct de vedere al eficienţei productivităţii primare Studiul clorofilei a a condus la evidenţierea a patru categorii de ecosisteme

Ecosisteme stratificate Icircn această categorie se includ toate tipurile de păduri ecosistemele cu vegetaţie ierboasă icircnaltă (de tip savană) ecosistemele artificiale (culturi agricole) Acestor ecosisteme le este caracteristică evidenţierea unor substraturi vegetale cu o concentraţie diferită a concentraţiei de clorofilă determinată de reducerea pe orizontală a intensităţii radiaţiei solare Icircntr-un ecosistem stratificat concentraţia de clorofilă a este de aproximativ 04 g pacircnă la 3 g pe metru pătrat ( 1 gram de clorofilă poate produce 04-4 g oxigenoră)

Ecosisteme umbrite Icircn aceste ecosisteme stratul autotrof are un singur nivel Concentraţia de clorofilă a este asemănătoare cu cea existentă le nivelul inferior al ecosistemelor stratificate Caracteristic acestor ecosisteme le este un proces de fotosinteză de cacircteva ori mai redus ca intensitate comparativ cu ecosistemele stratificate Icircn condiţii de iluminare redusă concentraţia de clorofilă a are valori medii foarte scăzute (0001- 05 gm2)

Ecosisteme mixte Aceste tipuri de ecosisteme sunt similare nivelului mediu din ecosistemele de tip stratificat Ele sunt de regulă ecosisteme acvatice icircn care rolul principal icircn realizarea producţiei primare icircl deţin algele planctonice (fitoplanctonul) Datorită bdquomigraţieirdquo diurne pe verticală a algelor microscopice nu se poate identifica totuşi o stratificare stabilă Concentraţia de clorofilă a este variabilă icircn intervalul 002- 1gm2 cu o eliberare de oxigen de 1-10goră pentru fiecare gram de clorofilă

Ecosistemele de lumină Icircn această categorie de ecosisteme sunt incluse acele ecosisteme caracterizate de existenţa unor straturi vegetale cu o dezvoltare nesemnificativă pe verticală Cu alte cuvinte ele sunt din acest punct de vedere ecosisteme mono-strat

Exemple de astfel de ecosisteme sunt peliculele de alge sau cele de licheni culturile agricole (ecosisteme artificiale) mai ales icircn primele stadii de dezvoltare a vegetaţiei sau culturile experimentale expuse iluminării artificiale abundente Concentraţia de clorofilă a este similară cu aceea de la nivelul superior din ecosistemele stratificate 001-06gm2 1g de clorofilă fiind implicat icircn eliberarea a 8-40g oxigenoră

Există evident şi alte criterii de clasificare a ecosistemelor Spre exemplu pentru ecosistemele acvatice s-au luat icircn considerare principalele grupe de organisme acvatice (nectonul planctonul bentosul) sau domenii ale mediului acvatic cum sunt domeniul pelagial bental etc dar şi criteriul energetic (Tab 1) mai exact mărimea fluxului energetic prin ecosistem (Odum 1972)Cea mai importantă sursă energetică este evident energia radiantă solară Odată fixată de către plante energia icircncorporată icircn masa organică circulă icircn cadrul ecosistemului sau poate fi de asemenea trecută dintr-un ecosistem icircn altul printr-o serie de procese care includ migraţia animalelor vacircnătoare recoltarea plantelor fenomene de eroziune etc

41 Biotopul

Descrierea unui ecosistem se poate realiza prin raportarea la componenta abiotică a acestuia icircn primul racircnd sub aspectul fizionomiei şi tipologiei şi icircn al doilea racircnd din punctul de vedere al structurii sale spaţiale Se apreciază că icircn condiţii asemănătoare de viaţă se realizează structuri similare de specii icircn cadrul biocenozei Conceptul de biotop defineşte acel subsistem fundamental al ecosistemului care icircnglobează toţi factorii externi de natură abiotică ce afectează organismele vii Biotopul este deci substratul mediul fizico-chimic pe care sau icircn care populaţiile componente ale biocenozei comunităţile de plante animale şi microorganisme trăiesc se dezvoltă şi se reproduc

Caracterele particulare ale biotopului determină caracteristicile structurale şi funcţionale ale biocenozei asociate In mediul acvatic acest fapt este evident chiar dacă se ia icircn considerare fie şi numai morfologia biotopului S-a remarcat icircn acest sens faptul că recife artificiale pot modifica structura biocenozei şi productivitatea biologică locală a unor ecosisteme marine şi oceanice prin apariţia unor habitate specifice care vor constitui suportul pentru o creştere a diversităţii biologice De exemplu creşterea productivităţii piscicole icircn astfel de ecosisteme acvatice este atacirct de importantă cantitativ icircncacirct metoda introducerii recifelor artificiale este frecvent utilizată icircn pescăriile marine şi oceanice reprezentacircnd un succes evident al ecologiei aplicate

Cele mai multe specii sunt supuse presiunii mediului abiotic cel puţin icircn anumite zone geografice ale arealului lor prin acţiunea factorilor mediului abiotic cum sunt climatul apa lumina substanţele minerale Nici o specie nu este adaptată să supravieţuiască icircn toate condiţiile existente pe Pămacircnt Toate speciile au limite specifice de toleranţa la acţiunea factorilor fizici şi chimici care afectează direct sau indirect succesul supravieţuirii şi reproducerii acestora Intervalul de valori cuprins icircn icircntregul spectru de variaţie a factorilor abiotici icircn care speciile pot supravieţui şi persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleranţă iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleranţă Valorile factorilor abiotici cuprinse icircn intervalul de toleranţă la care speciile sau populaţiile funcţionează icircn modul cel mai eficient alcătuiesc intervalul optim (optimul dezvoltării)

Chimistul german Liebig (1840) a lansat ipoteza considerată multă vreme un principiu ecologic fundamental că organismele vii sunt icircn general limitate de către acţiunea unui singur factor al biotopului care este insuficient icircn comparaţie cu necesităţile acestora La acel moment ecologii au considerat această idee atacirct de interesantă icircncacirct au denumit-o legea minimului sau legea minimului lui Liebig icircncercacircnd totodată să determine acel singur factor care limitează creşterea şi dezvoltarea speciilor

Mai tacircrziu multe studii au relevat faptul că acest concept nu este adecvat pentru a putea explica limitele de distribuţie pentru cele mai multe specii sau oricum explicaţia este prea simplistă

S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici interacţiunea acestora potenţacircnd sau diminuacircnd efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat

411 Factorii mediului abiotic

Din punct de vedere a modului lor de acţiune şi al efectelor pe care variaţiile factorilor mediului abiotic le produc asupra funcţionării speciilor din biocenoză se poate considera că principalii factori fizico-chimici se pot manifesta icircn două moduri distincte

O manifestare a fluctuaţiei valorilor acestora icircntr-un anumit interval cu o anume amplitudine şi o periodicitate bine definită deci o manifestare bdquonormalardquo conduce la fenomene cum sunt ciclul nictemeral (alternanţa noapte-zi) succesiunea anotimpurilor mareele etc la care speciile sunt adaptate

Acest tip de fluctuaţii ale factorilor abiotici sunt fie benefice pentru populaţii fie uşor de suportat de către acestea Un alt tip de manifestare a acţiunii factorilor abiotici ai mediului este reprezentat de fluctuaţia icircntacircmplătoare a acestora şi icircnregistrarea unor valori bdquoanormalerdquo ale amplitudinii variaţiei lor dincolo de limitele obişnuite Acest tip de acţiune perturbă activitatea normală a ecosistemului şi are de regulă efecte nefaste asupra populaţiilor din biocenoză

Exemple de astfel de bdquoanomaliirdquo icircn manifestarea factorilor de mediu pot fi temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate care depăşesc flagrant media maximelor sau minimelor termice precipitaţii extrem de abundente (inundaţii catastrofale) perioade de secetă prelungită furtuni deosebit de puternice erupţii vulcanice etc

Principala deosebire icircntre cele două moduri de manifestare a factorilor abiotici mediali constă icircn efectele pe care le produc asupra populaţiilor naturale Icircn cazul icircn care factorii fluctuează icircn limite normale speciile se adaptează şi efectele sunt benefice neutre sau afectează icircn mod nesemnificativ efectivele populaţiilor

Icircn cazul extrem cacircnd amplitudinea variaţiei factorilor de mediu este extrem de mare efectul lor aspra biocenozei este deosebit de semnificativ şi se exprimă prin scăderea efectivelor populaţiilor uneori pacircnă la valori ale numărului de indivizi care permit cu dificultate refacerea efectivului iniţial iar icircn cazuri extreme pot conduce la dispariţia populaţiilor

4111 Lumina solară

Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară Desigur există şi alte surse luminoase sau calorice cum sunt lumina artificială lumina de natură biologică energia geotermică dar impactul global al acestora asupra ecosferei este limitat accidental sau de importanţă locală Soarele este deci cea mai importantă sursă de energie pentru derularea activităţii normale la nivelul majorităţii ecosistemelor lumina solară manifestacircndu-şi rolul energetic fundamental icircn procesul de fotosinteză prin care plantele produc substanţă organică pornind de la elemente minerale

Lumina vizibilă perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio microundele radiaţiile infraroşii lumina vizibilă radiaţiile ultraviolete radiaţiile x şi radiaţiile gamma

Energia solară este energia radiantă produsă de Soare ca urmare a reacţiilor de fuziune nucleară ce se produc icircn interiorul acestei stele presupunacircnd fuziunea a două nuclee uşoare de hidrogen care determină

apariţia unor nuclee grele de deuteriu ( 12 H ) Deuteriul se combină după reacţia

12 H+1

2 Hrarr23 He+0

1 n+32 MeV

din care rezultă heliu un neutron liber şi o cantitate de energie de 32 MeV ceea ce icircnseamnă 51 10 -

13 J sau 12 10-13 calorii Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu

atmosfera şi suprafaţa pămacircntului Cantitatea de energie solară care ajunge la nivelul superior al atmosferei terestre considerată atunci cacircnd Pămacircntul se află la distanţa medie faţă de Soare este cunoscută sub denumirea de constantă solară şi are valoarea medie de 137 106 erg sec şi cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut şi cm2 Deşi intensitatea radiaţiei solare nu este constantă variaţia acesteia este destul de redusă fiind estimată la circa 02 icircntr-un interval de timp de 30 ani Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pămacircntului este mai redusă decacirct valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră

Cantitatea de energie incidentă este diferită icircn funcţie de momentul zilei sezon şi poziţia geografică Din cantitatea totală de 25 1018 calorii pe minut care pătrunde icircn atmosfera terestră la suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 16 calcm2 şi pe minut Valorile ce se icircnregistrează la diferite latitudini sunt foarte diferite şi au următoarele valori medii anuale icircn zonele nordice 40 000 ndash 50 000 calcm2 icircn zonele temperate 80 000 ndash 15 000 calcm2 icircn zonele tropicale mai mult de 200 000 calcm2

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse icircntre 1 Ǻ ( Angstrom 1 Ǻ = 10 -10m) şi cacircţiva kilometri (icircn cazul undelor radio lungi) Cea mai mare pondere din energia solară incidentă o deţin icircnsă radiaţiile cu lungimi de undă cuprinse icircntre 02 10-6 şi 4 10-6 metri

Radiaţiile vizibile ale spectrului solar reprezintă aproximativ 42 procente Acestea sunt radiaţiile care permit organului vizual al animalelor să vizualizeze mediul icircnconjurător asiguracircnd astfel comunicarea vizuală dintre acestea şi orientarea icircn cadrul habitatului Din zona vizibilă a spectrului icircn procesul de fotosinteză se utilizează numai aproximativ 21 din energia solară

La nivelul ecosistemelor acvatice energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 14 1012 calorii pe minut Din această energie o cantitate variabilă icircntre 3 şi 40 este reflectată de suprafaţa apei icircn funcţie de unghiul de incidenţă şi de gradul de agitaţie al suprafeţei luciului de apă

Apa absoarbe lumina icircn mod diferit icircn funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare şi icircn consecinţă tipul de lumină care pătrunde icircn diverse orizonturi acvatice este diferit Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid icircn timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde uneori pacircnă la 1000 m adacircncime Radiaţiile bdquoverzirdquo ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante icircn cadrul fotosintezei clorofiliene De aceea icircn mări şi oceane la orizonturile la care pătrund aceste radiaţii plantele acvatice de genul algelor roşii care pot fi prezente pacircnă la adacircncimi de 500 m utilizează un pigment diferit de clorofilă un pigment roşu denumit ficoeritrină Icircn general spectrul luminii albe utilizabile de către plante icircn procesul de fotosinteză este caracterizat de o utilizare maximă a radiaţiilor albastre şi roşii şi de o utilizare minimă a radiaţiilor verzi Icircn figura 5 este reprezentat spectrul absorbţiei luminii de către ansamblul pigmenţilor implicaţi icircn procesul de fotosinteză exprimat icircn procente din lumina bdquoalbărdquo cu precizarea că diversele lungimi de undă sunt considerate a fi distribuite uniform icircn cadrul radiaţiei solare

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde icircn ecosistemele acvatice este diferită icircn funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie refracţie absorbţie şi dispersie Din acest motiv transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adacircncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante icircn procesul de fotosinteză

Icircn apele cu transparenţa de unu pacircnă la doi metri la adacircncimea de 1 m pătrunde numai 5 pacircnă la10 din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei iar la adacircncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0003 ndash 001 calcm2 şi minut

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 6: Introducere în ecologie

evidenţia şi măsura intrările şi ieşirile de materie şi energie deci bugetul energetic al organismului este clasic experimentul realizat de Lavoisier care a studiat pe cobai schimburile gazoase şi energetice

Rezultatul a fost demonstraţia că prin metabolizarea unui mol de glucide un organism animal produce aceeaşi cantitate de căldură (energie) şi dioxid de carbon (materie) şi necesită aceeaşi cantitate de oxigen pentru realizarea bdquoarderiirdquo metabolice ca şi icircn cazul combustiei la flacără a aceleiaşi cantităţi de glucide

Din punct de vedere ecologic sistemul populaţional este constituit din popualţia biologică sau specie Populaţia reprezintă de un grup de indivizi aparţinacircnd aceleiaşi specii care ocupă acelaşi areal Icircn principiu o specie este reprezentată de cel puţin una ( caz icircn care populaţia şi specia se confundă) sau mai multe populaţii

Deşi populaţiile sunt unice icircntr-un anumit sens ele au caracteristici generale diferite de ale indivizilor care intră icircn componenţa sa cum sunt anumite relaţii ce se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi populaţii (relaţii intraspecifice) o anumită structură a efectivului populaţiei (structura de sexe structura de vacircrste) un mod de funcţionare specific o anumită durată de activitate (longevitate specifică)

La nivelul populaţiei se manifestă selecţia naturală şi deci adaptarea speciilor la fluctuaţiile factorilor de mediu Izolarea populaţiilor poate determina local apariţia unor caracteristici specifice care se pot dovedi utile pentru specie

De asemenea la nivelul populaţiei se sesizează tendinţa dispersiei indivizilor din zonele cu densitate crescută spre locaţii cu o mai mică densitate O altă caracteristică a populaţiei este aşa numita capacitate de suport ceea reprezintă de fapt media numărului maxim de indivizi pe care o populaţie icircl poate atinge icircn anumite condiţii date

Studiile de dinamică şi genetică a populaţiilor icircn particular efectele eredităţii şi evoluţiei populaţiei sunt extrem de importante pentru activitate umană de intervenţie icircn ecosistemele naturale sau artificiale

Biocenoza sau comunitatea de plante şi animale este sistemul biologic supraindividual care presupune coexistenţa icircntr-un anumit areal a unor populaţii diferite de plante animale şi microorganisme diferenţiate funcţional şi icircn acelaşi timp interdependente la nivelul căruia se manifestă o caracteristică fundamentală şi anume existenţa relaţiilor interspecifice Biocenoza reprezintă componenta vie a ecosistemului La nivelul biocenozei ca rezultat al relaţiilor dintre specii sau populaţii ale diferitelor specii se manifestă o altă caracteristică a acestui tip de sistem biologic şi anume productivitatea biologică

Biomul este o comunitate biotică caracterizată prin existenţa unor populaţii dominante de plante şi animale trăiesc icircntr-un anumit climat specific de regulă unor zone geografice mai extinse Biomul poate fi privit ca o asociaţie de biocenoze adiacente din punct de vedere geografic ceea ce le conferă particularităţi distincte Deoarece iniţial definirea biomului a fost aceea de bdquoformaţiuni (asociaţii) vegetalerdquo majoritatea biomilor sunt denumiţi după tipul vegetaţiei dominante

Influenţaţi de latitudinea şi altitudinea geografice de temperatură şi regimul precipitaţiilor biomii tereştri sunt diferiţi şi includ variate tipuri de păduri icircntinderi ierboase (savana stepă tundră etc) şi zone deşertice Aceşti biomi includ de asemenea comunităţile specifice bazinelor acvatice incluse (lacuri bălţi mlaştini zone umede) Deşi aceste asociaţii de ecosisteme s-au format icircn zone geografice distincte există unele similarităţi ca urmare a selecţiei naturale

Diversitatea speciilor de animale precum şi a speciilor vegetale subdominante care sunt de regulă caracteristice fiecărui biom este controlată de condiţiile de mediu şi de productivitatea vegetaţiei dominante Icircn general diversitatea speciilor este mai mare dacă producţia primară netă este suficient de mare şi există condiţii favorabile de umiditate şi temperatură

Adaptarea speciilor şi specializarea nişelor trofice pot fi observate foarte bine la nivelul biomilor Organismele care ocupă nişe trofice asemănătoare icircn ecosisteme similare dar separate geografic aparţin unor specii diferite care au dezvoltat icircnsă adaptări similare ca răspuns la modificarea similară a factorilor de mediu Principalele tipuri de biomi sunt prezentate succint icircn continuare

Tundra arctică şi alpină Tundra este un biom caracterizat de o vegetaţie din care lipsesc arborii şi arbuştii de talie mare dar icircn care există plante de talie mică iar suprafaţa solului este umedă si are o structură spongioasă larg răspacircndit icircn jurul latitudinii nordice de 60 grade Icircn adacircncime de cacircţiva centimetri pacircnă la cacircţiva metri icircn funcţie de zona geografică şi evoluţia temperaturii solul este icircngheţat

permanent alcătuind aşa numitul permafrost Astfel se explică absenţa plantelor cu rădăcini viguroase (arbori arbuşti etc)

Icircn cadrul acestui tip de biom atacirct precipitaţiile cacirct şi procesul de evaporare au valori minime iar icircn majoritatea zonelor temperatura medie icircn sezonul cald nu depăşeşte 100C Chiar icircn sezonul umed valoarea precipitaţiilor nu este mai mare de 25 mm dar suprafaţa solului este deseori saturată cu apă datorită ratei extrem de scăzute a evapotranspiraţiei

Diversitatea speciilor care populează tundra este scăzută Plantele sunt reprezentate de cacircteva specii de arbuşti pitici cacircteva specii de plante ierboase specii de plate cu flori dintre care cele mai comune aparţin familiei Cyperaceae muşchi şi licheni Plantele cele mai caracteristice tundrei sunt lichenii de tipul aşa numitei bdquoiarba renuluirdquo (Cladonia sp) Lichenii sunt plante mici verzi nevascularizate care aparţin clasei Musci filumul Bryophyta

Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore ca renii boul moscat mamifere din familia Leporidae genul Lepus (asemănătoare cu iepurii dar cu urechile şi picioarele mai mari) rozătoare ale genului Microtus (asemănătoare cu şobolanii) şi lemingi (rozătoare aparţinacircnd genului Lemmus) Dintre speciile carnivore mai frecvente sunt vulpea arctică ursul polar şi lupii Atacirct reptilele cacirct şi amfibienii sun slab reprezentate sau lipsesc datorită temperaturilor scăzute Tundra alpină este icircn oarecare măsură similară tundrei arctice dar lipseşte permafrostul iar suprafaţa solului nu este la fel de umedă datorită unei drenări mai bune a apei

Pădurile boreale de conifere Acest biom este reprezentat de păduri umede şi reci de conifere (sau taiga) care se icircntind pe suprafeţe vaste pe mai multe continente icircntre paralelele de 45 şi 57 grade latitudine nordică Climatul este rece şi foarte rece cu un surplus de umezeală icircn timpul verii Vegetaţia predominantă este reprezentată de diferite specii de conifere dintre care cele mai comune sunt Picea glauca Abies balsamea Pinus resinosa Pinus strobus Picea mariana Pinus contorta Pinus ponderosa etc) Datorită ecranării energiei luminoase plantele situate pe verticală la nivelul inferior sunt mai slab reprezentate

Solul pădurilor boreale este caracterizat de o litieră adacircncă şi o descompunere lentă a materiei organice datorită temperaturilor scăzute este un sol acid cu un deficit de substanţe minerale datorită mineralizării lente şi a faptului ca apa de precipitaţii antrenează şi icircndepărtează majoritatea mineralelor

Pădurile de foioase din zonele temperate Acest biom este caracterizat de un climat moderat şi arbori cu frunze căzătoare (foiase) Datorită condiţiilor climatice favorabile aceste tipuri de păduri au fost extrem de mult reduse ca suprafaţă ca urmare a intervenţiei umane prin transformarea lor icircn zone agricole sau zone urbane Plantele dominante aparţin următoarelor specii Acer sp Fagus sp Quercus sp Carya sp Populus sp Ulmus sp Salix sp etc

Plantele aflate la nivelurile inferioare coronamentului arborilor sunt bine dezvoltate şi diversificate ca specii De asemenea fauna este bine reprezentată de ierbivore carnivore şi unele specii de reptile şi amfibieni Solul este relativ fertil cu o litieră subţire datorită procesului rapid de descompunere a materiei organice

Zonele ierboase Această categorie defineşte un biom caracterizat prin prezenţa şi abundenţa vegetaţiei ierboase icircnalte sau mai puţin icircnalte Icircn Europa şi Asia denumirea acestor zone este stepă iar icircn America de Sud acest tip de biom se numeşte pampas Icircnainte de intervenţia omului preeriile cu iarbă icircnaltă erau formate mai ales din specii de Andropogon sp care alcătuiau dense zone ierboase cu icircnălţimi cuprinse icircntre 15 şi 2 metri Icircn zonele cu precipitaţii mai reduse predomină o specie de numai cacircţiva centimetri icircnălţime Buchloe dactyloides (bdquoiarba bizonuluirdquo)

Solul este de obicei foarte fertil cu o pondere mare a cernoziomurilor Icircn zonele mai uscate ale acestor biomi fertilitatea solurilor poate fi influenţată de salinitate Fertilitatea acestor ecosisteme a determinat exploatarea unor mari icircntinderi pentru culturi agricole cerealiere care suportă o umiditate mai scăzută

Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore mici şi rozătoare precum şi de ierbivore de talie mare şi diferite specii de carnivore Multe din aceste specii sunt ameninţate de distrugerea habitatului datorită extinderii culturilor agricole iar cacircteva sunt chiar pe cale de dispariţie

Deşertul Forma tipică de deşert este definită de existenţa unei vegetaţii slabe şi dispersate alcătuită mai ales din specii de arbuşti Cele mai importante biomuri deşertice sunt localizate icircntre paralelele de 25 şi 35 grade latitudine nordică şi sudică de regulă icircn interiorul continentelor

Existenţa deşerturilor este condiţionată climatic şi se datorează icircn mare parte prezenţei curenţilor de aer descendenţi ce limitează formarea precipitaţiilor care icircn cele mai multe zone deşertice nu depăşesc valoarea anuală de 25 milimetri Icircn cazul icircn care precipitaţiile sunt aproape absente vegetaţia poate lipsi icircn totalitate icircn unele zone deşertice Acolo unde există vegetaţia este reprezentată de arbuşti rezistenţi la secetă (Larrea divaricata Artemisia tridentata etc) şi plante suculente capabile să păstreze apa de genul cactuşilor

Cele mai multe mamifere de deşert sunt specii nocturne care astfel evită căldura excesivă din timpul zilei Sunt bine reprezentate diferite reptile (şopacircrle şi şerpi) care sunt specii poichiloterme precum şi de unele insecte

Chaparral-ul (pădurea sclerofilă sau zona cu vegetaţie săracă de tip mediteranean) Acest tip de biom are o distribuţie spaţială particulară fiind prezent icircn zone limitate icircntre 32 şi 40 grade latitudine nordică şi sudică de obicei pe coastele vestice ale continentelor Icircn aceste zone se manifestă un climat uscat datorat zonei de subtropicale de icircnaltă presiune ce durează o bună parte a anului din primăvara pacircnă toamna tacircrziu

Precipitaţiile sunt prezente mai ales icircn lunile de iarnă şi sunt datorate deplasării frontului polar şi asocierii acestuia cu furtunile cicloanelor de latitudine medie Media anuală a precipitaţiilor este de 300 pacircnă la 750 milimetri pluviometrici iar majoritatea acestor precipitaţii cad icircntr-o perioadă scurtă de timp (2 - 4 luni)

Acest climat foarte special determină ca vegetaţia existentă să dezvolte o serie de adaptări speciale pentru a rezista secetei şi focurilor naturale frecvente Se icircntacirclnesc specii de arbori şi arbuşti de talie redusă care nu icircşi pierd frunzele icircn sezonul secetos

Climatul uscat nu facilitează descompunerea materiei organice icircn sol şi eliberarea mineralelor ceea ce reduce mult fertilitatea solului şi deci nu permite plantelor să producă frunze noi la icircnceputul sezonului (aşa cum se icircntacircmplă la plantele foioase veritabile) Frunzele plantelor care trăiesc şi caracterizează acest biom sunt icircnsă foarte rezistente la condiţiile de secetă

Speciile de plante reprezentative sunt măslinul (Olea europea) eucaliptul acacia pinul maritim (Pinus pinaster) stejarul pitic (Quercus dumosa) şi specii asemănătoare (Quercus suber Quercus virginiana) Cele mai multe specii prezintă spini cu rol de apărare icircmpotriva erbivorelor)

Savana tropicală Savanele tropicale sunt zone ierboase icircn care se găsesc cu o densitate redusă arbori şi arbuşti rezistenţi la secetă care nu au de obicei icircnălţimi mai mari de 10 metri Din punct de vedere climatic aceste zone sunt caracterizate de un sezon umed şi un sezon secetos cu temperaturi ridicate pe tot parcursul anului Savanele ocupă suprafeţe foarte mari icircn estul Africii America de sud şi Australia Vegetaţia acestora asigură sursa de hrană pentru o mare diversitate de animale erbivore pe seama cărora există o varietate crescută de specii carnivore

Pădurile umede tropicale şi ecuatoriale Acest tip de biom se icircntacirclneşte icircntr-o zonă largă icircn jurul Ecuatorului icircn care temperatura şi umiditatea sunt relativ crescute pe tot parcursul anului Precipitaţiile sunt mai mari de 2000 pacircnă la 2500 milimetri şi sunt de regulă prezente pe tot parcursul anului

Vegetaţia este foarte abundentă şi diversificată astfel icircncacirct un kilometru pătrat poate conţine pacircnă la 100 de specii diferite de arbori Pentru comparaţie pe aceeaşi suprafaţă icircn zonele temperate există 3 sau 4 specii de arbori Densitatea acestei păduri este mare iar icircnălţimea arborilor este frecvent de 25-30 metri unele specii avacircnd icircnălţimi de pacircnă la 40 metri

Pădurea umedă tropicală bdquoascunderdquo de asemenea o mare varietate de animale Se presupune că 30 ndash 50 din toate speciile de animale de pe planetă se icircntacirclnesc icircn acest tip de biom

Chiar mediul marin şi oceanic este considerat de către unii ecologi ca avacircnd icircn structura lui biomi cum ar fi largul oceanului zonele litorale zonele bentale ţărmurile stacircncoase sau nisipoase estuarele sau zonele mlăştinoase asociate mareelor

Indiferent de locul pe care icircl ocupa icircn ierarhia care ia icircn consideraţie diferitele nivele de organizare a materiei vii sistemele biologice prezintă cacircteva caracteristici generale(Botnaruic şi Vădineanu 1982)

Caracterul istoric specific (nu numai) sistemelor biologice este datorat faptului că icircnsăşi sistemul integrator al biosferei a parcurs etape evolutive in timp la scară istorică icircn sensul creşterii complexităţii structurale şi funcţionale Implicit toate sistemele biologice contemporane sunt rezultatul proces de evoluţie şi dezvoltare mai mult sau mai puţin icircndelungat

Datorită capacităţii sistemelor biologice de a primi de a acumula procesa şi transmite informaţii specifice se poate reliefa caracterul informaţional al acestora Stugren (1982) consideră că sistemele biologice au evoluat icircn sensul creşterii complexităţii lor structurale şi de asemenea icircn sensul dezvoltării capacităţii de a vehicula informaţia biologică indiferent de aspectul cantitativ al materiei vii Latura calitativă a acestui proces informatic la nivelul biologic este reliefată de importanţa fidelităţii icircn sensul preciziei exactităţii cu care este procesată şi mai ales transmisă informaţia icircn sistemele biologice Este interesant de remarcat ca dacă icircn cazul unor sisteme informaţionale abiotice fidelitatea absolută in procesarea informaţiei este esenţială icircn mod paradoxal lipsa exactităţii totale icircn transmiterea informaţiei (genetice de exemplu) reprezintă pentru sistemele biologice o posibilitate de evoluţie icircn cazul icircn care selecţia naturală validează variantele favorabile ale erorilor

Se poate observa relativ simplu că particularităţile unui sistem biologic nu sunt neapărat caracteristice şi subsistemelor componente Cu alte cuvinte ceea ce caracterizează un sistem biologic nu este doar cumularea caracteristicilor elementelor care icircl compun Sistemul icircn ansamblul său are icircnsuşiri noi care pot fi extrem de diferite de cele ale subsistemelor pe care le integrează din punct de vedere calitativ Această calitate a unui sistem este cunoscută sub denumirea de integralitate şi a fost pusă icircn evidenţă prin studiul unor sisteme biologice supraindividuale Odum (1971) evidenţiază caracteristici suplimentare ale unor ecosisteme acvatice de tipul recif coraligen comparativ cu ecosistemele adiacente (productivitate biologică ridicată) aflate practic icircn aceleaşi condiţii mediale Este de asemenea cunoscut experimentul lui Kamşilov (1979) care e evidenţiat capacitatea crescută a unui ecosistem acvatic cu un grad de integralitate ridicat de a elimina prin capacitatea biologică de autoepurare agenţi poluanţi ai apei de tipul fenolilor decacirct aceeaşi capacitate determinată la nivelul unui sistem biologic simplificat deşi icircn ambele cazuri singurul component capabil de oxidarea fenolilor a fost acelaşi (bacteriile fenol-oxidante)

Gradul de eterogenitate al sistemelor biologice este dat de faptul că deşi icircn structura calitativă a acestora există şi elemente ce pot fi considerate identice cele mai multe componente sunt diferite Eterogenitatea sistemelor biologice reprezintă aşadar o măsură a diversităţii structurale a acestora Pentru că sistemele biologice sunt capabile de evoluţie conform caracterului lor istoric ele se dezvoltă fapt ce presupune mărirea gradului lor de complexitate şi deci creşterea eterogenităţii Icircn acest sens de regulă o eterogenitate mai mare determină şi o integralitate superioară şi că fiecărui tip de sistem icirci este caracteristică o anumită valoare optimă a eterogenităţii

Starea normală de existenţă şi manifestare a sistemelor biologice este aceea de echilibru dinamic Această caracteristică derivă din capacitatea acestora de a fi permanent icircntr-o continuă activitate ce presupune schimbul de materie energie şi informaţie cu mediul Capacitatea sistemelor biologice de a se menţine icircn cadrul unui interval definit de valori care definesc echilibrul dinamic determină caracterul specific antientropic al acestora Cu alte cuvinte sistemele biologice au mecanisme şi resurse energetice interne capabile să contracareze tendinţa de dezagregare caracteristică sistemelor fizice

Starea de echilibru dinamic realizată de sistemele biologice este posibilă datorită manifestării unei autoreglări a funcţionării acestora prin mecanismul de autocontrol O schemă generală a autocontrolului la nivelul sistemului biologic presupune existenţa unor subsisteme specializate icircn recepţia informaţiei din mediu prelucrarea acestei şi elaborarea unei reacţii cacirct mai adecvate la acţiunea excitanţilor mediali Pentru a compara icircn permanenţă eficacitatea reacţiei sistemului la acţiunea stimulantă a mediului şi deci autocontrolul sistemului se manifestă conexiunea inversă (feed-back) prin care sistemul este capabil să ajusteze icircn permanenţă valoarea răspunsului propriu la intensitatea factorilor care icircl stimulează

Botnariuc (1976) prezintă succint toate aceste caracteristici generale ale sistemelor biologice atunci cacircnd le defineşte ca fiind bdquosisteme deschise informaţionalerdquo care datorită modului lor specific de organizare au capacităţi specifice bdquode autoconservare autoreproducere autoreglare şi autodezvoltare de la

forme simple la cele complexe de organizare ele au un comportament antientropic şi finalizat care le asigură stabilitatea icircn relaţiile lor cu alte sistemerdquo

4 Ecosistemul

Icircn principiu atunci cacircnd ne referim la ecosistem icircnţelegem de fapt un sistem deschis cu o alcătuire complexă conferită de cele două subsisteme majore din care acesta este alcătuit şi anume biotopul (mediul fizico-chimic abiotic) şi biocenoza (totalitatea vieţuitoarelor comunitatea de plante animale microorganisme care au ca suport un anumit biotop) Ecosistemul sau sistemul ecologic reprezintă ceea ce ecologii numesc unitatea funcţională fundamentală a biosferei deoarece biosfera icircn ansamblul ei este alcătuită din aceste formaţiuni cu dimensiuni spaţiale şi temporale icircn care manifestarea vieţii este integrată icircn mediul local şi se manifestă icircn mod unitar Cu alte cuvinte un ecosistem cuprinde toată materia vie (microorganisme plante şi animale) inclusă icircntr-un spaţiu definit care constituie substratul manifestării acesteia dar şi componenta abiotică a acestui sistem

Deşi aparent orice combinaţie de manifestare a vieţii pe suport medial poate da impresia existenţei unui sistem ecologic icircn realitate pot fi considerate ecosisteme numai acele asociaţii ale vieţii cu mediul abiotic ce au un anumit grad de stabilitate şi la nivelul cărora se manifestă fluxuri materiale şi energetice

Deşi Forbes (1887) realizează pentru prima dată unitatea vieţii şi mediului ca un sistem pe care l-a denumit microcosmos termenul de ecosistem a fost introdus icircn 1935 de ecologul britanic Sir A G Tansley care a descris sistemele naturale ca o continuă interacţiune dintre componenta vie şi minerală a acestora Perspectiva lui Tansley asupra conceptului de ecosistem are la bază icircn special aspectul funcţional al acestui sistem biologic mai ales din punct de vedere trofic Principala caracteristică a ecosistemului este aceea că la nivelul acesteia se manifestă productivitatea biologică şi se realizează producţia biologică

Concepţia ecologică modernă stabileşte mai multe categorii de structuri ale ecosistemului Cel mai uşor de identificat este modalitatea de stratificare a ecosistemului deoarece cele mai multe ecosisteme prezintă două straturi principale autotrof şi heterotrof

Stratul autotrof alcătuit din totalitatea populaţiilor de plante este situat superior şi beneficiază de accesul necondiţionat la radiaţia solară luminoasă ceea ce presupune o mai mare eficienţă a procesului de fotosinteză şi deci o producţie primară (producţie de substanţă organică) ridicată Stratul heterotrof este alcătuit din organisme care nu au acces la energia luminoasă (fără plante) şi este dependent de existenţa organismelor autotrofe icircn scopul asigurării necesarului energetic

Ecosistemele sunt foarte variate ca dimensiune şi complexitate Spre exemplu o insulă din zona tropicală poate avea un ecosistem format de pădurea umedă tropicală care se poate icircntinde pe sute şi mii de hectare un ecosistem format de zona mlăştinoasă a asociaţilor de mangrove şi un ecosistem subacvatic reprezentat de recifurile coraligene şi biocenozele aferente

Definirea conceptului de ecosistem nu trebuie interpretată de o manieră simplistă sub forma unei relaţii de genul biotop + biocenoză = ecosistem Populaţiile din componenţa biocenozei sunt capabile nu numai să suporte rigorile mediului ambiant (biotopului) ci să-l şi transforme ceea ce determină noi interacţiuni icircntre specii (interacţiuni indirecte) ceea ce conduce la definirea unui sistem de interacţiuni complex ale speciilor icircntre ele şi ale speciilor cu mediul Acest tip de sistem reprezintă sistemul ecologic sau ecosistemul Dintr-un alt punct de vedere se poate observa că ecosistemul este alcătuit din cinci subsisteme (trofice) fundamentale

1 substanţe de natură anorganică (elemente chimice sau substanţe minerale)2 producători primari (toate plantele şi unele microorganisme fotosintetizatoare)3 animalele consumatoare (consumatori primari şi secundari de diferite ordine)4 detritusul vegetal şi animal (materie organică rezultată după moarte organismelor vii)5 microorganisme reducătoare sau descompunătoare (organisme ce reduc materia organică la

componenţii minerali)

O schemă a modului de interacţiune dintre componentele ecosistemului este prezentată icircn figura 3Icircntr-un mod mai simplist şi reducacircnd componentele ecosistemului la cele mai importante putem

afirma că structura ecosistemelor este determinată de o varietate de factori care se manifestă inter-relaţional dintre care cacircteva din cele mai importante componente sunt solul atmosfera radiaţia solară apa ndash toate acestea caracterizacircnd biotopul şi organismele vii care ocupă acest biotop reprezentacircnd biocenoza sau comunitatea de plante şi animale specifice unui anumit biotop

Figura 3 Prezentarea schematică a principalelor subsisteme ale ecosistemuluiSe poate reliefa şi o structură biochimică a ecosistemului dacă se consideră modul icircn care sunt

reprezentate cantitativ diversele substanţe (organice sau anorganice libere sau icircnglobate icircn biomasa organismelor) implicate icircn funcţionarea ecosistemului

Avacircnd icircn vedere importanţa unor anumite substanţe (aşa numite substanţe active) pentru funcţionarea ecosistemului cum sunt pigmenţii fotosintetizatori s-a realizat o diferenţiere a ecosistemelor din punct de vedere al eficienţei productivităţii primare Studiul clorofilei a a condus la evidenţierea a patru categorii de ecosisteme

Ecosisteme stratificate Icircn această categorie se includ toate tipurile de păduri ecosistemele cu vegetaţie ierboasă icircnaltă (de tip savană) ecosistemele artificiale (culturi agricole) Acestor ecosisteme le este caracteristică evidenţierea unor substraturi vegetale cu o concentraţie diferită a concentraţiei de clorofilă determinată de reducerea pe orizontală a intensităţii radiaţiei solare Icircntr-un ecosistem stratificat concentraţia de clorofilă a este de aproximativ 04 g pacircnă la 3 g pe metru pătrat ( 1 gram de clorofilă poate produce 04-4 g oxigenoră)

Ecosisteme umbrite Icircn aceste ecosisteme stratul autotrof are un singur nivel Concentraţia de clorofilă a este asemănătoare cu cea existentă le nivelul inferior al ecosistemelor stratificate Caracteristic acestor ecosisteme le este un proces de fotosinteză de cacircteva ori mai redus ca intensitate comparativ cu ecosistemele stratificate Icircn condiţii de iluminare redusă concentraţia de clorofilă a are valori medii foarte scăzute (0001- 05 gm2)

Ecosisteme mixte Aceste tipuri de ecosisteme sunt similare nivelului mediu din ecosistemele de tip stratificat Ele sunt de regulă ecosisteme acvatice icircn care rolul principal icircn realizarea producţiei primare icircl deţin algele planctonice (fitoplanctonul) Datorită bdquomigraţieirdquo diurne pe verticală a algelor microscopice nu se poate identifica totuşi o stratificare stabilă Concentraţia de clorofilă a este variabilă icircn intervalul 002- 1gm2 cu o eliberare de oxigen de 1-10goră pentru fiecare gram de clorofilă

Ecosistemele de lumină Icircn această categorie de ecosisteme sunt incluse acele ecosisteme caracterizate de existenţa unor straturi vegetale cu o dezvoltare nesemnificativă pe verticală Cu alte cuvinte ele sunt din acest punct de vedere ecosisteme mono-strat

Exemple de astfel de ecosisteme sunt peliculele de alge sau cele de licheni culturile agricole (ecosisteme artificiale) mai ales icircn primele stadii de dezvoltare a vegetaţiei sau culturile experimentale expuse iluminării artificiale abundente Concentraţia de clorofilă a este similară cu aceea de la nivelul superior din ecosistemele stratificate 001-06gm2 1g de clorofilă fiind implicat icircn eliberarea a 8-40g oxigenoră

Există evident şi alte criterii de clasificare a ecosistemelor Spre exemplu pentru ecosistemele acvatice s-au luat icircn considerare principalele grupe de organisme acvatice (nectonul planctonul bentosul) sau domenii ale mediului acvatic cum sunt domeniul pelagial bental etc dar şi criteriul energetic (Tab 1) mai exact mărimea fluxului energetic prin ecosistem (Odum 1972)Cea mai importantă sursă energetică este evident energia radiantă solară Odată fixată de către plante energia icircncorporată icircn masa organică circulă icircn cadrul ecosistemului sau poate fi de asemenea trecută dintr-un ecosistem icircn altul printr-o serie de procese care includ migraţia animalelor vacircnătoare recoltarea plantelor fenomene de eroziune etc

41 Biotopul

Descrierea unui ecosistem se poate realiza prin raportarea la componenta abiotică a acestuia icircn primul racircnd sub aspectul fizionomiei şi tipologiei şi icircn al doilea racircnd din punctul de vedere al structurii sale spaţiale Se apreciază că icircn condiţii asemănătoare de viaţă se realizează structuri similare de specii icircn cadrul biocenozei Conceptul de biotop defineşte acel subsistem fundamental al ecosistemului care icircnglobează toţi factorii externi de natură abiotică ce afectează organismele vii Biotopul este deci substratul mediul fizico-chimic pe care sau icircn care populaţiile componente ale biocenozei comunităţile de plante animale şi microorganisme trăiesc se dezvoltă şi se reproduc

Caracterele particulare ale biotopului determină caracteristicile structurale şi funcţionale ale biocenozei asociate In mediul acvatic acest fapt este evident chiar dacă se ia icircn considerare fie şi numai morfologia biotopului S-a remarcat icircn acest sens faptul că recife artificiale pot modifica structura biocenozei şi productivitatea biologică locală a unor ecosisteme marine şi oceanice prin apariţia unor habitate specifice care vor constitui suportul pentru o creştere a diversităţii biologice De exemplu creşterea productivităţii piscicole icircn astfel de ecosisteme acvatice este atacirct de importantă cantitativ icircncacirct metoda introducerii recifelor artificiale este frecvent utilizată icircn pescăriile marine şi oceanice reprezentacircnd un succes evident al ecologiei aplicate

Cele mai multe specii sunt supuse presiunii mediului abiotic cel puţin icircn anumite zone geografice ale arealului lor prin acţiunea factorilor mediului abiotic cum sunt climatul apa lumina substanţele minerale Nici o specie nu este adaptată să supravieţuiască icircn toate condiţiile existente pe Pămacircnt Toate speciile au limite specifice de toleranţa la acţiunea factorilor fizici şi chimici care afectează direct sau indirect succesul supravieţuirii şi reproducerii acestora Intervalul de valori cuprins icircn icircntregul spectru de variaţie a factorilor abiotici icircn care speciile pot supravieţui şi persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleranţă iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleranţă Valorile factorilor abiotici cuprinse icircn intervalul de toleranţă la care speciile sau populaţiile funcţionează icircn modul cel mai eficient alcătuiesc intervalul optim (optimul dezvoltării)

Chimistul german Liebig (1840) a lansat ipoteza considerată multă vreme un principiu ecologic fundamental că organismele vii sunt icircn general limitate de către acţiunea unui singur factor al biotopului care este insuficient icircn comparaţie cu necesităţile acestora La acel moment ecologii au considerat această idee atacirct de interesantă icircncacirct au denumit-o legea minimului sau legea minimului lui Liebig icircncercacircnd totodată să determine acel singur factor care limitează creşterea şi dezvoltarea speciilor

Mai tacircrziu multe studii au relevat faptul că acest concept nu este adecvat pentru a putea explica limitele de distribuţie pentru cele mai multe specii sau oricum explicaţia este prea simplistă

S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici interacţiunea acestora potenţacircnd sau diminuacircnd efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat

411 Factorii mediului abiotic

Din punct de vedere a modului lor de acţiune şi al efectelor pe care variaţiile factorilor mediului abiotic le produc asupra funcţionării speciilor din biocenoză se poate considera că principalii factori fizico-chimici se pot manifesta icircn două moduri distincte

O manifestare a fluctuaţiei valorilor acestora icircntr-un anumit interval cu o anume amplitudine şi o periodicitate bine definită deci o manifestare bdquonormalardquo conduce la fenomene cum sunt ciclul nictemeral (alternanţa noapte-zi) succesiunea anotimpurilor mareele etc la care speciile sunt adaptate

Acest tip de fluctuaţii ale factorilor abiotici sunt fie benefice pentru populaţii fie uşor de suportat de către acestea Un alt tip de manifestare a acţiunii factorilor abiotici ai mediului este reprezentat de fluctuaţia icircntacircmplătoare a acestora şi icircnregistrarea unor valori bdquoanormalerdquo ale amplitudinii variaţiei lor dincolo de limitele obişnuite Acest tip de acţiune perturbă activitatea normală a ecosistemului şi are de regulă efecte nefaste asupra populaţiilor din biocenoză

Exemple de astfel de bdquoanomaliirdquo icircn manifestarea factorilor de mediu pot fi temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate care depăşesc flagrant media maximelor sau minimelor termice precipitaţii extrem de abundente (inundaţii catastrofale) perioade de secetă prelungită furtuni deosebit de puternice erupţii vulcanice etc

Principala deosebire icircntre cele două moduri de manifestare a factorilor abiotici mediali constă icircn efectele pe care le produc asupra populaţiilor naturale Icircn cazul icircn care factorii fluctuează icircn limite normale speciile se adaptează şi efectele sunt benefice neutre sau afectează icircn mod nesemnificativ efectivele populaţiilor

Icircn cazul extrem cacircnd amplitudinea variaţiei factorilor de mediu este extrem de mare efectul lor aspra biocenozei este deosebit de semnificativ şi se exprimă prin scăderea efectivelor populaţiilor uneori pacircnă la valori ale numărului de indivizi care permit cu dificultate refacerea efectivului iniţial iar icircn cazuri extreme pot conduce la dispariţia populaţiilor

4111 Lumina solară

Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară Desigur există şi alte surse luminoase sau calorice cum sunt lumina artificială lumina de natură biologică energia geotermică dar impactul global al acestora asupra ecosferei este limitat accidental sau de importanţă locală Soarele este deci cea mai importantă sursă de energie pentru derularea activităţii normale la nivelul majorităţii ecosistemelor lumina solară manifestacircndu-şi rolul energetic fundamental icircn procesul de fotosinteză prin care plantele produc substanţă organică pornind de la elemente minerale

Lumina vizibilă perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio microundele radiaţiile infraroşii lumina vizibilă radiaţiile ultraviolete radiaţiile x şi radiaţiile gamma

Energia solară este energia radiantă produsă de Soare ca urmare a reacţiilor de fuziune nucleară ce se produc icircn interiorul acestei stele presupunacircnd fuziunea a două nuclee uşoare de hidrogen care determină

apariţia unor nuclee grele de deuteriu ( 12 H ) Deuteriul se combină după reacţia

12 H+1

2 Hrarr23 He+0

1 n+32 MeV

din care rezultă heliu un neutron liber şi o cantitate de energie de 32 MeV ceea ce icircnseamnă 51 10 -

13 J sau 12 10-13 calorii Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu

atmosfera şi suprafaţa pămacircntului Cantitatea de energie solară care ajunge la nivelul superior al atmosferei terestre considerată atunci cacircnd Pămacircntul se află la distanţa medie faţă de Soare este cunoscută sub denumirea de constantă solară şi are valoarea medie de 137 106 erg sec şi cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut şi cm2 Deşi intensitatea radiaţiei solare nu este constantă variaţia acesteia este destul de redusă fiind estimată la circa 02 icircntr-un interval de timp de 30 ani Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pămacircntului este mai redusă decacirct valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră

Cantitatea de energie incidentă este diferită icircn funcţie de momentul zilei sezon şi poziţia geografică Din cantitatea totală de 25 1018 calorii pe minut care pătrunde icircn atmosfera terestră la suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 16 calcm2 şi pe minut Valorile ce se icircnregistrează la diferite latitudini sunt foarte diferite şi au următoarele valori medii anuale icircn zonele nordice 40 000 ndash 50 000 calcm2 icircn zonele temperate 80 000 ndash 15 000 calcm2 icircn zonele tropicale mai mult de 200 000 calcm2

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse icircntre 1 Ǻ ( Angstrom 1 Ǻ = 10 -10m) şi cacircţiva kilometri (icircn cazul undelor radio lungi) Cea mai mare pondere din energia solară incidentă o deţin icircnsă radiaţiile cu lungimi de undă cuprinse icircntre 02 10-6 şi 4 10-6 metri

Radiaţiile vizibile ale spectrului solar reprezintă aproximativ 42 procente Acestea sunt radiaţiile care permit organului vizual al animalelor să vizualizeze mediul icircnconjurător asiguracircnd astfel comunicarea vizuală dintre acestea şi orientarea icircn cadrul habitatului Din zona vizibilă a spectrului icircn procesul de fotosinteză se utilizează numai aproximativ 21 din energia solară

La nivelul ecosistemelor acvatice energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 14 1012 calorii pe minut Din această energie o cantitate variabilă icircntre 3 şi 40 este reflectată de suprafaţa apei icircn funcţie de unghiul de incidenţă şi de gradul de agitaţie al suprafeţei luciului de apă

Apa absoarbe lumina icircn mod diferit icircn funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare şi icircn consecinţă tipul de lumină care pătrunde icircn diverse orizonturi acvatice este diferit Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid icircn timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde uneori pacircnă la 1000 m adacircncime Radiaţiile bdquoverzirdquo ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante icircn cadrul fotosintezei clorofiliene De aceea icircn mări şi oceane la orizonturile la care pătrund aceste radiaţii plantele acvatice de genul algelor roşii care pot fi prezente pacircnă la adacircncimi de 500 m utilizează un pigment diferit de clorofilă un pigment roşu denumit ficoeritrină Icircn general spectrul luminii albe utilizabile de către plante icircn procesul de fotosinteză este caracterizat de o utilizare maximă a radiaţiilor albastre şi roşii şi de o utilizare minimă a radiaţiilor verzi Icircn figura 5 este reprezentat spectrul absorbţiei luminii de către ansamblul pigmenţilor implicaţi icircn procesul de fotosinteză exprimat icircn procente din lumina bdquoalbărdquo cu precizarea că diversele lungimi de undă sunt considerate a fi distribuite uniform icircn cadrul radiaţiei solare

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde icircn ecosistemele acvatice este diferită icircn funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie refracţie absorbţie şi dispersie Din acest motiv transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adacircncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante icircn procesul de fotosinteză

Icircn apele cu transparenţa de unu pacircnă la doi metri la adacircncimea de 1 m pătrunde numai 5 pacircnă la10 din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei iar la adacircncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0003 ndash 001 calcm2 şi minut

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 7: Introducere în ecologie

permanent alcătuind aşa numitul permafrost Astfel se explică absenţa plantelor cu rădăcini viguroase (arbori arbuşti etc)

Icircn cadrul acestui tip de biom atacirct precipitaţiile cacirct şi procesul de evaporare au valori minime iar icircn majoritatea zonelor temperatura medie icircn sezonul cald nu depăşeşte 100C Chiar icircn sezonul umed valoarea precipitaţiilor nu este mai mare de 25 mm dar suprafaţa solului este deseori saturată cu apă datorită ratei extrem de scăzute a evapotranspiraţiei

Diversitatea speciilor care populează tundra este scăzută Plantele sunt reprezentate de cacircteva specii de arbuşti pitici cacircteva specii de plante ierboase specii de plate cu flori dintre care cele mai comune aparţin familiei Cyperaceae muşchi şi licheni Plantele cele mai caracteristice tundrei sunt lichenii de tipul aşa numitei bdquoiarba renuluirdquo (Cladonia sp) Lichenii sunt plante mici verzi nevascularizate care aparţin clasei Musci filumul Bryophyta

Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore ca renii boul moscat mamifere din familia Leporidae genul Lepus (asemănătoare cu iepurii dar cu urechile şi picioarele mai mari) rozătoare ale genului Microtus (asemănătoare cu şobolanii) şi lemingi (rozătoare aparţinacircnd genului Lemmus) Dintre speciile carnivore mai frecvente sunt vulpea arctică ursul polar şi lupii Atacirct reptilele cacirct şi amfibienii sun slab reprezentate sau lipsesc datorită temperaturilor scăzute Tundra alpină este icircn oarecare măsură similară tundrei arctice dar lipseşte permafrostul iar suprafaţa solului nu este la fel de umedă datorită unei drenări mai bune a apei

Pădurile boreale de conifere Acest biom este reprezentat de păduri umede şi reci de conifere (sau taiga) care se icircntind pe suprafeţe vaste pe mai multe continente icircntre paralelele de 45 şi 57 grade latitudine nordică Climatul este rece şi foarte rece cu un surplus de umezeală icircn timpul verii Vegetaţia predominantă este reprezentată de diferite specii de conifere dintre care cele mai comune sunt Picea glauca Abies balsamea Pinus resinosa Pinus strobus Picea mariana Pinus contorta Pinus ponderosa etc) Datorită ecranării energiei luminoase plantele situate pe verticală la nivelul inferior sunt mai slab reprezentate

Solul pădurilor boreale este caracterizat de o litieră adacircncă şi o descompunere lentă a materiei organice datorită temperaturilor scăzute este un sol acid cu un deficit de substanţe minerale datorită mineralizării lente şi a faptului ca apa de precipitaţii antrenează şi icircndepărtează majoritatea mineralelor

Pădurile de foioase din zonele temperate Acest biom este caracterizat de un climat moderat şi arbori cu frunze căzătoare (foiase) Datorită condiţiilor climatice favorabile aceste tipuri de păduri au fost extrem de mult reduse ca suprafaţă ca urmare a intervenţiei umane prin transformarea lor icircn zone agricole sau zone urbane Plantele dominante aparţin următoarelor specii Acer sp Fagus sp Quercus sp Carya sp Populus sp Ulmus sp Salix sp etc

Plantele aflate la nivelurile inferioare coronamentului arborilor sunt bine dezvoltate şi diversificate ca specii De asemenea fauna este bine reprezentată de ierbivore carnivore şi unele specii de reptile şi amfibieni Solul este relativ fertil cu o litieră subţire datorită procesului rapid de descompunere a materiei organice

Zonele ierboase Această categorie defineşte un biom caracterizat prin prezenţa şi abundenţa vegetaţiei ierboase icircnalte sau mai puţin icircnalte Icircn Europa şi Asia denumirea acestor zone este stepă iar icircn America de Sud acest tip de biom se numeşte pampas Icircnainte de intervenţia omului preeriile cu iarbă icircnaltă erau formate mai ales din specii de Andropogon sp care alcătuiau dense zone ierboase cu icircnălţimi cuprinse icircntre 15 şi 2 metri Icircn zonele cu precipitaţii mai reduse predomină o specie de numai cacircţiva centimetri icircnălţime Buchloe dactyloides (bdquoiarba bizonuluirdquo)

Solul este de obicei foarte fertil cu o pondere mare a cernoziomurilor Icircn zonele mai uscate ale acestor biomi fertilitatea solurilor poate fi influenţată de salinitate Fertilitatea acestor ecosisteme a determinat exploatarea unor mari icircntinderi pentru culturi agricole cerealiere care suportă o umiditate mai scăzută

Mamiferele sunt reprezentate de ierbivore mici şi rozătoare precum şi de ierbivore de talie mare şi diferite specii de carnivore Multe din aceste specii sunt ameninţate de distrugerea habitatului datorită extinderii culturilor agricole iar cacircteva sunt chiar pe cale de dispariţie

Deşertul Forma tipică de deşert este definită de existenţa unei vegetaţii slabe şi dispersate alcătuită mai ales din specii de arbuşti Cele mai importante biomuri deşertice sunt localizate icircntre paralelele de 25 şi 35 grade latitudine nordică şi sudică de regulă icircn interiorul continentelor

Existenţa deşerturilor este condiţionată climatic şi se datorează icircn mare parte prezenţei curenţilor de aer descendenţi ce limitează formarea precipitaţiilor care icircn cele mai multe zone deşertice nu depăşesc valoarea anuală de 25 milimetri Icircn cazul icircn care precipitaţiile sunt aproape absente vegetaţia poate lipsi icircn totalitate icircn unele zone deşertice Acolo unde există vegetaţia este reprezentată de arbuşti rezistenţi la secetă (Larrea divaricata Artemisia tridentata etc) şi plante suculente capabile să păstreze apa de genul cactuşilor

Cele mai multe mamifere de deşert sunt specii nocturne care astfel evită căldura excesivă din timpul zilei Sunt bine reprezentate diferite reptile (şopacircrle şi şerpi) care sunt specii poichiloterme precum şi de unele insecte

Chaparral-ul (pădurea sclerofilă sau zona cu vegetaţie săracă de tip mediteranean) Acest tip de biom are o distribuţie spaţială particulară fiind prezent icircn zone limitate icircntre 32 şi 40 grade latitudine nordică şi sudică de obicei pe coastele vestice ale continentelor Icircn aceste zone se manifestă un climat uscat datorat zonei de subtropicale de icircnaltă presiune ce durează o bună parte a anului din primăvara pacircnă toamna tacircrziu

Precipitaţiile sunt prezente mai ales icircn lunile de iarnă şi sunt datorate deplasării frontului polar şi asocierii acestuia cu furtunile cicloanelor de latitudine medie Media anuală a precipitaţiilor este de 300 pacircnă la 750 milimetri pluviometrici iar majoritatea acestor precipitaţii cad icircntr-o perioadă scurtă de timp (2 - 4 luni)

Acest climat foarte special determină ca vegetaţia existentă să dezvolte o serie de adaptări speciale pentru a rezista secetei şi focurilor naturale frecvente Se icircntacirclnesc specii de arbori şi arbuşti de talie redusă care nu icircşi pierd frunzele icircn sezonul secetos

Climatul uscat nu facilitează descompunerea materiei organice icircn sol şi eliberarea mineralelor ceea ce reduce mult fertilitatea solului şi deci nu permite plantelor să producă frunze noi la icircnceputul sezonului (aşa cum se icircntacircmplă la plantele foioase veritabile) Frunzele plantelor care trăiesc şi caracterizează acest biom sunt icircnsă foarte rezistente la condiţiile de secetă

Speciile de plante reprezentative sunt măslinul (Olea europea) eucaliptul acacia pinul maritim (Pinus pinaster) stejarul pitic (Quercus dumosa) şi specii asemănătoare (Quercus suber Quercus virginiana) Cele mai multe specii prezintă spini cu rol de apărare icircmpotriva erbivorelor)

Savana tropicală Savanele tropicale sunt zone ierboase icircn care se găsesc cu o densitate redusă arbori şi arbuşti rezistenţi la secetă care nu au de obicei icircnălţimi mai mari de 10 metri Din punct de vedere climatic aceste zone sunt caracterizate de un sezon umed şi un sezon secetos cu temperaturi ridicate pe tot parcursul anului Savanele ocupă suprafeţe foarte mari icircn estul Africii America de sud şi Australia Vegetaţia acestora asigură sursa de hrană pentru o mare diversitate de animale erbivore pe seama cărora există o varietate crescută de specii carnivore

Pădurile umede tropicale şi ecuatoriale Acest tip de biom se icircntacirclneşte icircntr-o zonă largă icircn jurul Ecuatorului icircn care temperatura şi umiditatea sunt relativ crescute pe tot parcursul anului Precipitaţiile sunt mai mari de 2000 pacircnă la 2500 milimetri şi sunt de regulă prezente pe tot parcursul anului

Vegetaţia este foarte abundentă şi diversificată astfel icircncacirct un kilometru pătrat poate conţine pacircnă la 100 de specii diferite de arbori Pentru comparaţie pe aceeaşi suprafaţă icircn zonele temperate există 3 sau 4 specii de arbori Densitatea acestei păduri este mare iar icircnălţimea arborilor este frecvent de 25-30 metri unele specii avacircnd icircnălţimi de pacircnă la 40 metri

Pădurea umedă tropicală bdquoascunderdquo de asemenea o mare varietate de animale Se presupune că 30 ndash 50 din toate speciile de animale de pe planetă se icircntacirclnesc icircn acest tip de biom

Chiar mediul marin şi oceanic este considerat de către unii ecologi ca avacircnd icircn structura lui biomi cum ar fi largul oceanului zonele litorale zonele bentale ţărmurile stacircncoase sau nisipoase estuarele sau zonele mlăştinoase asociate mareelor

Indiferent de locul pe care icircl ocupa icircn ierarhia care ia icircn consideraţie diferitele nivele de organizare a materiei vii sistemele biologice prezintă cacircteva caracteristici generale(Botnaruic şi Vădineanu 1982)

Caracterul istoric specific (nu numai) sistemelor biologice este datorat faptului că icircnsăşi sistemul integrator al biosferei a parcurs etape evolutive in timp la scară istorică icircn sensul creşterii complexităţii structurale şi funcţionale Implicit toate sistemele biologice contemporane sunt rezultatul proces de evoluţie şi dezvoltare mai mult sau mai puţin icircndelungat

Datorită capacităţii sistemelor biologice de a primi de a acumula procesa şi transmite informaţii specifice se poate reliefa caracterul informaţional al acestora Stugren (1982) consideră că sistemele biologice au evoluat icircn sensul creşterii complexităţii lor structurale şi de asemenea icircn sensul dezvoltării capacităţii de a vehicula informaţia biologică indiferent de aspectul cantitativ al materiei vii Latura calitativă a acestui proces informatic la nivelul biologic este reliefată de importanţa fidelităţii icircn sensul preciziei exactităţii cu care este procesată şi mai ales transmisă informaţia icircn sistemele biologice Este interesant de remarcat ca dacă icircn cazul unor sisteme informaţionale abiotice fidelitatea absolută in procesarea informaţiei este esenţială icircn mod paradoxal lipsa exactităţii totale icircn transmiterea informaţiei (genetice de exemplu) reprezintă pentru sistemele biologice o posibilitate de evoluţie icircn cazul icircn care selecţia naturală validează variantele favorabile ale erorilor

Se poate observa relativ simplu că particularităţile unui sistem biologic nu sunt neapărat caracteristice şi subsistemelor componente Cu alte cuvinte ceea ce caracterizează un sistem biologic nu este doar cumularea caracteristicilor elementelor care icircl compun Sistemul icircn ansamblul său are icircnsuşiri noi care pot fi extrem de diferite de cele ale subsistemelor pe care le integrează din punct de vedere calitativ Această calitate a unui sistem este cunoscută sub denumirea de integralitate şi a fost pusă icircn evidenţă prin studiul unor sisteme biologice supraindividuale Odum (1971) evidenţiază caracteristici suplimentare ale unor ecosisteme acvatice de tipul recif coraligen comparativ cu ecosistemele adiacente (productivitate biologică ridicată) aflate practic icircn aceleaşi condiţii mediale Este de asemenea cunoscut experimentul lui Kamşilov (1979) care e evidenţiat capacitatea crescută a unui ecosistem acvatic cu un grad de integralitate ridicat de a elimina prin capacitatea biologică de autoepurare agenţi poluanţi ai apei de tipul fenolilor decacirct aceeaşi capacitate determinată la nivelul unui sistem biologic simplificat deşi icircn ambele cazuri singurul component capabil de oxidarea fenolilor a fost acelaşi (bacteriile fenol-oxidante)

Gradul de eterogenitate al sistemelor biologice este dat de faptul că deşi icircn structura calitativă a acestora există şi elemente ce pot fi considerate identice cele mai multe componente sunt diferite Eterogenitatea sistemelor biologice reprezintă aşadar o măsură a diversităţii structurale a acestora Pentru că sistemele biologice sunt capabile de evoluţie conform caracterului lor istoric ele se dezvoltă fapt ce presupune mărirea gradului lor de complexitate şi deci creşterea eterogenităţii Icircn acest sens de regulă o eterogenitate mai mare determină şi o integralitate superioară şi că fiecărui tip de sistem icirci este caracteristică o anumită valoare optimă a eterogenităţii

Starea normală de existenţă şi manifestare a sistemelor biologice este aceea de echilibru dinamic Această caracteristică derivă din capacitatea acestora de a fi permanent icircntr-o continuă activitate ce presupune schimbul de materie energie şi informaţie cu mediul Capacitatea sistemelor biologice de a se menţine icircn cadrul unui interval definit de valori care definesc echilibrul dinamic determină caracterul specific antientropic al acestora Cu alte cuvinte sistemele biologice au mecanisme şi resurse energetice interne capabile să contracareze tendinţa de dezagregare caracteristică sistemelor fizice

Starea de echilibru dinamic realizată de sistemele biologice este posibilă datorită manifestării unei autoreglări a funcţionării acestora prin mecanismul de autocontrol O schemă generală a autocontrolului la nivelul sistemului biologic presupune existenţa unor subsisteme specializate icircn recepţia informaţiei din mediu prelucrarea acestei şi elaborarea unei reacţii cacirct mai adecvate la acţiunea excitanţilor mediali Pentru a compara icircn permanenţă eficacitatea reacţiei sistemului la acţiunea stimulantă a mediului şi deci autocontrolul sistemului se manifestă conexiunea inversă (feed-back) prin care sistemul este capabil să ajusteze icircn permanenţă valoarea răspunsului propriu la intensitatea factorilor care icircl stimulează

Botnariuc (1976) prezintă succint toate aceste caracteristici generale ale sistemelor biologice atunci cacircnd le defineşte ca fiind bdquosisteme deschise informaţionalerdquo care datorită modului lor specific de organizare au capacităţi specifice bdquode autoconservare autoreproducere autoreglare şi autodezvoltare de la

forme simple la cele complexe de organizare ele au un comportament antientropic şi finalizat care le asigură stabilitatea icircn relaţiile lor cu alte sistemerdquo

4 Ecosistemul

Icircn principiu atunci cacircnd ne referim la ecosistem icircnţelegem de fapt un sistem deschis cu o alcătuire complexă conferită de cele două subsisteme majore din care acesta este alcătuit şi anume biotopul (mediul fizico-chimic abiotic) şi biocenoza (totalitatea vieţuitoarelor comunitatea de plante animale microorganisme care au ca suport un anumit biotop) Ecosistemul sau sistemul ecologic reprezintă ceea ce ecologii numesc unitatea funcţională fundamentală a biosferei deoarece biosfera icircn ansamblul ei este alcătuită din aceste formaţiuni cu dimensiuni spaţiale şi temporale icircn care manifestarea vieţii este integrată icircn mediul local şi se manifestă icircn mod unitar Cu alte cuvinte un ecosistem cuprinde toată materia vie (microorganisme plante şi animale) inclusă icircntr-un spaţiu definit care constituie substratul manifestării acesteia dar şi componenta abiotică a acestui sistem

Deşi aparent orice combinaţie de manifestare a vieţii pe suport medial poate da impresia existenţei unui sistem ecologic icircn realitate pot fi considerate ecosisteme numai acele asociaţii ale vieţii cu mediul abiotic ce au un anumit grad de stabilitate şi la nivelul cărora se manifestă fluxuri materiale şi energetice

Deşi Forbes (1887) realizează pentru prima dată unitatea vieţii şi mediului ca un sistem pe care l-a denumit microcosmos termenul de ecosistem a fost introdus icircn 1935 de ecologul britanic Sir A G Tansley care a descris sistemele naturale ca o continuă interacţiune dintre componenta vie şi minerală a acestora Perspectiva lui Tansley asupra conceptului de ecosistem are la bază icircn special aspectul funcţional al acestui sistem biologic mai ales din punct de vedere trofic Principala caracteristică a ecosistemului este aceea că la nivelul acesteia se manifestă productivitatea biologică şi se realizează producţia biologică

Concepţia ecologică modernă stabileşte mai multe categorii de structuri ale ecosistemului Cel mai uşor de identificat este modalitatea de stratificare a ecosistemului deoarece cele mai multe ecosisteme prezintă două straturi principale autotrof şi heterotrof

Stratul autotrof alcătuit din totalitatea populaţiilor de plante este situat superior şi beneficiază de accesul necondiţionat la radiaţia solară luminoasă ceea ce presupune o mai mare eficienţă a procesului de fotosinteză şi deci o producţie primară (producţie de substanţă organică) ridicată Stratul heterotrof este alcătuit din organisme care nu au acces la energia luminoasă (fără plante) şi este dependent de existenţa organismelor autotrofe icircn scopul asigurării necesarului energetic

Ecosistemele sunt foarte variate ca dimensiune şi complexitate Spre exemplu o insulă din zona tropicală poate avea un ecosistem format de pădurea umedă tropicală care se poate icircntinde pe sute şi mii de hectare un ecosistem format de zona mlăştinoasă a asociaţilor de mangrove şi un ecosistem subacvatic reprezentat de recifurile coraligene şi biocenozele aferente

Definirea conceptului de ecosistem nu trebuie interpretată de o manieră simplistă sub forma unei relaţii de genul biotop + biocenoză = ecosistem Populaţiile din componenţa biocenozei sunt capabile nu numai să suporte rigorile mediului ambiant (biotopului) ci să-l şi transforme ceea ce determină noi interacţiuni icircntre specii (interacţiuni indirecte) ceea ce conduce la definirea unui sistem de interacţiuni complex ale speciilor icircntre ele şi ale speciilor cu mediul Acest tip de sistem reprezintă sistemul ecologic sau ecosistemul Dintr-un alt punct de vedere se poate observa că ecosistemul este alcătuit din cinci subsisteme (trofice) fundamentale

1 substanţe de natură anorganică (elemente chimice sau substanţe minerale)2 producători primari (toate plantele şi unele microorganisme fotosintetizatoare)3 animalele consumatoare (consumatori primari şi secundari de diferite ordine)4 detritusul vegetal şi animal (materie organică rezultată după moarte organismelor vii)5 microorganisme reducătoare sau descompunătoare (organisme ce reduc materia organică la

componenţii minerali)

O schemă a modului de interacţiune dintre componentele ecosistemului este prezentată icircn figura 3Icircntr-un mod mai simplist şi reducacircnd componentele ecosistemului la cele mai importante putem

afirma că structura ecosistemelor este determinată de o varietate de factori care se manifestă inter-relaţional dintre care cacircteva din cele mai importante componente sunt solul atmosfera radiaţia solară apa ndash toate acestea caracterizacircnd biotopul şi organismele vii care ocupă acest biotop reprezentacircnd biocenoza sau comunitatea de plante şi animale specifice unui anumit biotop

Figura 3 Prezentarea schematică a principalelor subsisteme ale ecosistemuluiSe poate reliefa şi o structură biochimică a ecosistemului dacă se consideră modul icircn care sunt

reprezentate cantitativ diversele substanţe (organice sau anorganice libere sau icircnglobate icircn biomasa organismelor) implicate icircn funcţionarea ecosistemului

Avacircnd icircn vedere importanţa unor anumite substanţe (aşa numite substanţe active) pentru funcţionarea ecosistemului cum sunt pigmenţii fotosintetizatori s-a realizat o diferenţiere a ecosistemelor din punct de vedere al eficienţei productivităţii primare Studiul clorofilei a a condus la evidenţierea a patru categorii de ecosisteme

Ecosisteme stratificate Icircn această categorie se includ toate tipurile de păduri ecosistemele cu vegetaţie ierboasă icircnaltă (de tip savană) ecosistemele artificiale (culturi agricole) Acestor ecosisteme le este caracteristică evidenţierea unor substraturi vegetale cu o concentraţie diferită a concentraţiei de clorofilă determinată de reducerea pe orizontală a intensităţii radiaţiei solare Icircntr-un ecosistem stratificat concentraţia de clorofilă a este de aproximativ 04 g pacircnă la 3 g pe metru pătrat ( 1 gram de clorofilă poate produce 04-4 g oxigenoră)

Ecosisteme umbrite Icircn aceste ecosisteme stratul autotrof are un singur nivel Concentraţia de clorofilă a este asemănătoare cu cea existentă le nivelul inferior al ecosistemelor stratificate Caracteristic acestor ecosisteme le este un proces de fotosinteză de cacircteva ori mai redus ca intensitate comparativ cu ecosistemele stratificate Icircn condiţii de iluminare redusă concentraţia de clorofilă a are valori medii foarte scăzute (0001- 05 gm2)

Ecosisteme mixte Aceste tipuri de ecosisteme sunt similare nivelului mediu din ecosistemele de tip stratificat Ele sunt de regulă ecosisteme acvatice icircn care rolul principal icircn realizarea producţiei primare icircl deţin algele planctonice (fitoplanctonul) Datorită bdquomigraţieirdquo diurne pe verticală a algelor microscopice nu se poate identifica totuşi o stratificare stabilă Concentraţia de clorofilă a este variabilă icircn intervalul 002- 1gm2 cu o eliberare de oxigen de 1-10goră pentru fiecare gram de clorofilă

Ecosistemele de lumină Icircn această categorie de ecosisteme sunt incluse acele ecosisteme caracterizate de existenţa unor straturi vegetale cu o dezvoltare nesemnificativă pe verticală Cu alte cuvinte ele sunt din acest punct de vedere ecosisteme mono-strat

Exemple de astfel de ecosisteme sunt peliculele de alge sau cele de licheni culturile agricole (ecosisteme artificiale) mai ales icircn primele stadii de dezvoltare a vegetaţiei sau culturile experimentale expuse iluminării artificiale abundente Concentraţia de clorofilă a este similară cu aceea de la nivelul superior din ecosistemele stratificate 001-06gm2 1g de clorofilă fiind implicat icircn eliberarea a 8-40g oxigenoră

Există evident şi alte criterii de clasificare a ecosistemelor Spre exemplu pentru ecosistemele acvatice s-au luat icircn considerare principalele grupe de organisme acvatice (nectonul planctonul bentosul) sau domenii ale mediului acvatic cum sunt domeniul pelagial bental etc dar şi criteriul energetic (Tab 1) mai exact mărimea fluxului energetic prin ecosistem (Odum 1972)Cea mai importantă sursă energetică este evident energia radiantă solară Odată fixată de către plante energia icircncorporată icircn masa organică circulă icircn cadrul ecosistemului sau poate fi de asemenea trecută dintr-un ecosistem icircn altul printr-o serie de procese care includ migraţia animalelor vacircnătoare recoltarea plantelor fenomene de eroziune etc

41 Biotopul

Descrierea unui ecosistem se poate realiza prin raportarea la componenta abiotică a acestuia icircn primul racircnd sub aspectul fizionomiei şi tipologiei şi icircn al doilea racircnd din punctul de vedere al structurii sale spaţiale Se apreciază că icircn condiţii asemănătoare de viaţă se realizează structuri similare de specii icircn cadrul biocenozei Conceptul de biotop defineşte acel subsistem fundamental al ecosistemului care icircnglobează toţi factorii externi de natură abiotică ce afectează organismele vii Biotopul este deci substratul mediul fizico-chimic pe care sau icircn care populaţiile componente ale biocenozei comunităţile de plante animale şi microorganisme trăiesc se dezvoltă şi se reproduc

Caracterele particulare ale biotopului determină caracteristicile structurale şi funcţionale ale biocenozei asociate In mediul acvatic acest fapt este evident chiar dacă se ia icircn considerare fie şi numai morfologia biotopului S-a remarcat icircn acest sens faptul că recife artificiale pot modifica structura biocenozei şi productivitatea biologică locală a unor ecosisteme marine şi oceanice prin apariţia unor habitate specifice care vor constitui suportul pentru o creştere a diversităţii biologice De exemplu creşterea productivităţii piscicole icircn astfel de ecosisteme acvatice este atacirct de importantă cantitativ icircncacirct metoda introducerii recifelor artificiale este frecvent utilizată icircn pescăriile marine şi oceanice reprezentacircnd un succes evident al ecologiei aplicate

Cele mai multe specii sunt supuse presiunii mediului abiotic cel puţin icircn anumite zone geografice ale arealului lor prin acţiunea factorilor mediului abiotic cum sunt climatul apa lumina substanţele minerale Nici o specie nu este adaptată să supravieţuiască icircn toate condiţiile existente pe Pămacircnt Toate speciile au limite specifice de toleranţa la acţiunea factorilor fizici şi chimici care afectează direct sau indirect succesul supravieţuirii şi reproducerii acestora Intervalul de valori cuprins icircn icircntregul spectru de variaţie a factorilor abiotici icircn care speciile pot supravieţui şi persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleranţă iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleranţă Valorile factorilor abiotici cuprinse icircn intervalul de toleranţă la care speciile sau populaţiile funcţionează icircn modul cel mai eficient alcătuiesc intervalul optim (optimul dezvoltării)

Chimistul german Liebig (1840) a lansat ipoteza considerată multă vreme un principiu ecologic fundamental că organismele vii sunt icircn general limitate de către acţiunea unui singur factor al biotopului care este insuficient icircn comparaţie cu necesităţile acestora La acel moment ecologii au considerat această idee atacirct de interesantă icircncacirct au denumit-o legea minimului sau legea minimului lui Liebig icircncercacircnd totodată să determine acel singur factor care limitează creşterea şi dezvoltarea speciilor

Mai tacircrziu multe studii au relevat faptul că acest concept nu este adecvat pentru a putea explica limitele de distribuţie pentru cele mai multe specii sau oricum explicaţia este prea simplistă

S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici interacţiunea acestora potenţacircnd sau diminuacircnd efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat

411 Factorii mediului abiotic

Din punct de vedere a modului lor de acţiune şi al efectelor pe care variaţiile factorilor mediului abiotic le produc asupra funcţionării speciilor din biocenoză se poate considera că principalii factori fizico-chimici se pot manifesta icircn două moduri distincte

O manifestare a fluctuaţiei valorilor acestora icircntr-un anumit interval cu o anume amplitudine şi o periodicitate bine definită deci o manifestare bdquonormalardquo conduce la fenomene cum sunt ciclul nictemeral (alternanţa noapte-zi) succesiunea anotimpurilor mareele etc la care speciile sunt adaptate

Acest tip de fluctuaţii ale factorilor abiotici sunt fie benefice pentru populaţii fie uşor de suportat de către acestea Un alt tip de manifestare a acţiunii factorilor abiotici ai mediului este reprezentat de fluctuaţia icircntacircmplătoare a acestora şi icircnregistrarea unor valori bdquoanormalerdquo ale amplitudinii variaţiei lor dincolo de limitele obişnuite Acest tip de acţiune perturbă activitatea normală a ecosistemului şi are de regulă efecte nefaste asupra populaţiilor din biocenoză

Exemple de astfel de bdquoanomaliirdquo icircn manifestarea factorilor de mediu pot fi temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate care depăşesc flagrant media maximelor sau minimelor termice precipitaţii extrem de abundente (inundaţii catastrofale) perioade de secetă prelungită furtuni deosebit de puternice erupţii vulcanice etc

Principala deosebire icircntre cele două moduri de manifestare a factorilor abiotici mediali constă icircn efectele pe care le produc asupra populaţiilor naturale Icircn cazul icircn care factorii fluctuează icircn limite normale speciile se adaptează şi efectele sunt benefice neutre sau afectează icircn mod nesemnificativ efectivele populaţiilor

Icircn cazul extrem cacircnd amplitudinea variaţiei factorilor de mediu este extrem de mare efectul lor aspra biocenozei este deosebit de semnificativ şi se exprimă prin scăderea efectivelor populaţiilor uneori pacircnă la valori ale numărului de indivizi care permit cu dificultate refacerea efectivului iniţial iar icircn cazuri extreme pot conduce la dispariţia populaţiilor

4111 Lumina solară

Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară Desigur există şi alte surse luminoase sau calorice cum sunt lumina artificială lumina de natură biologică energia geotermică dar impactul global al acestora asupra ecosferei este limitat accidental sau de importanţă locală Soarele este deci cea mai importantă sursă de energie pentru derularea activităţii normale la nivelul majorităţii ecosistemelor lumina solară manifestacircndu-şi rolul energetic fundamental icircn procesul de fotosinteză prin care plantele produc substanţă organică pornind de la elemente minerale

Lumina vizibilă perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio microundele radiaţiile infraroşii lumina vizibilă radiaţiile ultraviolete radiaţiile x şi radiaţiile gamma

Energia solară este energia radiantă produsă de Soare ca urmare a reacţiilor de fuziune nucleară ce se produc icircn interiorul acestei stele presupunacircnd fuziunea a două nuclee uşoare de hidrogen care determină

apariţia unor nuclee grele de deuteriu ( 12 H ) Deuteriul se combină după reacţia

12 H+1

2 Hrarr23 He+0

1 n+32 MeV

din care rezultă heliu un neutron liber şi o cantitate de energie de 32 MeV ceea ce icircnseamnă 51 10 -

13 J sau 12 10-13 calorii Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu

atmosfera şi suprafaţa pămacircntului Cantitatea de energie solară care ajunge la nivelul superior al atmosferei terestre considerată atunci cacircnd Pămacircntul se află la distanţa medie faţă de Soare este cunoscută sub denumirea de constantă solară şi are valoarea medie de 137 106 erg sec şi cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut şi cm2 Deşi intensitatea radiaţiei solare nu este constantă variaţia acesteia este destul de redusă fiind estimată la circa 02 icircntr-un interval de timp de 30 ani Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pămacircntului este mai redusă decacirct valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră

Cantitatea de energie incidentă este diferită icircn funcţie de momentul zilei sezon şi poziţia geografică Din cantitatea totală de 25 1018 calorii pe minut care pătrunde icircn atmosfera terestră la suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 16 calcm2 şi pe minut Valorile ce se icircnregistrează la diferite latitudini sunt foarte diferite şi au următoarele valori medii anuale icircn zonele nordice 40 000 ndash 50 000 calcm2 icircn zonele temperate 80 000 ndash 15 000 calcm2 icircn zonele tropicale mai mult de 200 000 calcm2

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse icircntre 1 Ǻ ( Angstrom 1 Ǻ = 10 -10m) şi cacircţiva kilometri (icircn cazul undelor radio lungi) Cea mai mare pondere din energia solară incidentă o deţin icircnsă radiaţiile cu lungimi de undă cuprinse icircntre 02 10-6 şi 4 10-6 metri

Radiaţiile vizibile ale spectrului solar reprezintă aproximativ 42 procente Acestea sunt radiaţiile care permit organului vizual al animalelor să vizualizeze mediul icircnconjurător asiguracircnd astfel comunicarea vizuală dintre acestea şi orientarea icircn cadrul habitatului Din zona vizibilă a spectrului icircn procesul de fotosinteză se utilizează numai aproximativ 21 din energia solară

La nivelul ecosistemelor acvatice energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 14 1012 calorii pe minut Din această energie o cantitate variabilă icircntre 3 şi 40 este reflectată de suprafaţa apei icircn funcţie de unghiul de incidenţă şi de gradul de agitaţie al suprafeţei luciului de apă

Apa absoarbe lumina icircn mod diferit icircn funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare şi icircn consecinţă tipul de lumină care pătrunde icircn diverse orizonturi acvatice este diferit Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid icircn timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde uneori pacircnă la 1000 m adacircncime Radiaţiile bdquoverzirdquo ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante icircn cadrul fotosintezei clorofiliene De aceea icircn mări şi oceane la orizonturile la care pătrund aceste radiaţii plantele acvatice de genul algelor roşii care pot fi prezente pacircnă la adacircncimi de 500 m utilizează un pigment diferit de clorofilă un pigment roşu denumit ficoeritrină Icircn general spectrul luminii albe utilizabile de către plante icircn procesul de fotosinteză este caracterizat de o utilizare maximă a radiaţiilor albastre şi roşii şi de o utilizare minimă a radiaţiilor verzi Icircn figura 5 este reprezentat spectrul absorbţiei luminii de către ansamblul pigmenţilor implicaţi icircn procesul de fotosinteză exprimat icircn procente din lumina bdquoalbărdquo cu precizarea că diversele lungimi de undă sunt considerate a fi distribuite uniform icircn cadrul radiaţiei solare

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde icircn ecosistemele acvatice este diferită icircn funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie refracţie absorbţie şi dispersie Din acest motiv transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adacircncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante icircn procesul de fotosinteză

Icircn apele cu transparenţa de unu pacircnă la doi metri la adacircncimea de 1 m pătrunde numai 5 pacircnă la10 din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei iar la adacircncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0003 ndash 001 calcm2 şi minut

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 8: Introducere în ecologie

Deşertul Forma tipică de deşert este definită de existenţa unei vegetaţii slabe şi dispersate alcătuită mai ales din specii de arbuşti Cele mai importante biomuri deşertice sunt localizate icircntre paralelele de 25 şi 35 grade latitudine nordică şi sudică de regulă icircn interiorul continentelor

Existenţa deşerturilor este condiţionată climatic şi se datorează icircn mare parte prezenţei curenţilor de aer descendenţi ce limitează formarea precipitaţiilor care icircn cele mai multe zone deşertice nu depăşesc valoarea anuală de 25 milimetri Icircn cazul icircn care precipitaţiile sunt aproape absente vegetaţia poate lipsi icircn totalitate icircn unele zone deşertice Acolo unde există vegetaţia este reprezentată de arbuşti rezistenţi la secetă (Larrea divaricata Artemisia tridentata etc) şi plante suculente capabile să păstreze apa de genul cactuşilor

Cele mai multe mamifere de deşert sunt specii nocturne care astfel evită căldura excesivă din timpul zilei Sunt bine reprezentate diferite reptile (şopacircrle şi şerpi) care sunt specii poichiloterme precum şi de unele insecte

Chaparral-ul (pădurea sclerofilă sau zona cu vegetaţie săracă de tip mediteranean) Acest tip de biom are o distribuţie spaţială particulară fiind prezent icircn zone limitate icircntre 32 şi 40 grade latitudine nordică şi sudică de obicei pe coastele vestice ale continentelor Icircn aceste zone se manifestă un climat uscat datorat zonei de subtropicale de icircnaltă presiune ce durează o bună parte a anului din primăvara pacircnă toamna tacircrziu

Precipitaţiile sunt prezente mai ales icircn lunile de iarnă şi sunt datorate deplasării frontului polar şi asocierii acestuia cu furtunile cicloanelor de latitudine medie Media anuală a precipitaţiilor este de 300 pacircnă la 750 milimetri pluviometrici iar majoritatea acestor precipitaţii cad icircntr-o perioadă scurtă de timp (2 - 4 luni)

Acest climat foarte special determină ca vegetaţia existentă să dezvolte o serie de adaptări speciale pentru a rezista secetei şi focurilor naturale frecvente Se icircntacirclnesc specii de arbori şi arbuşti de talie redusă care nu icircşi pierd frunzele icircn sezonul secetos

Climatul uscat nu facilitează descompunerea materiei organice icircn sol şi eliberarea mineralelor ceea ce reduce mult fertilitatea solului şi deci nu permite plantelor să producă frunze noi la icircnceputul sezonului (aşa cum se icircntacircmplă la plantele foioase veritabile) Frunzele plantelor care trăiesc şi caracterizează acest biom sunt icircnsă foarte rezistente la condiţiile de secetă

Speciile de plante reprezentative sunt măslinul (Olea europea) eucaliptul acacia pinul maritim (Pinus pinaster) stejarul pitic (Quercus dumosa) şi specii asemănătoare (Quercus suber Quercus virginiana) Cele mai multe specii prezintă spini cu rol de apărare icircmpotriva erbivorelor)

Savana tropicală Savanele tropicale sunt zone ierboase icircn care se găsesc cu o densitate redusă arbori şi arbuşti rezistenţi la secetă care nu au de obicei icircnălţimi mai mari de 10 metri Din punct de vedere climatic aceste zone sunt caracterizate de un sezon umed şi un sezon secetos cu temperaturi ridicate pe tot parcursul anului Savanele ocupă suprafeţe foarte mari icircn estul Africii America de sud şi Australia Vegetaţia acestora asigură sursa de hrană pentru o mare diversitate de animale erbivore pe seama cărora există o varietate crescută de specii carnivore

Pădurile umede tropicale şi ecuatoriale Acest tip de biom se icircntacirclneşte icircntr-o zonă largă icircn jurul Ecuatorului icircn care temperatura şi umiditatea sunt relativ crescute pe tot parcursul anului Precipitaţiile sunt mai mari de 2000 pacircnă la 2500 milimetri şi sunt de regulă prezente pe tot parcursul anului

Vegetaţia este foarte abundentă şi diversificată astfel icircncacirct un kilometru pătrat poate conţine pacircnă la 100 de specii diferite de arbori Pentru comparaţie pe aceeaşi suprafaţă icircn zonele temperate există 3 sau 4 specii de arbori Densitatea acestei păduri este mare iar icircnălţimea arborilor este frecvent de 25-30 metri unele specii avacircnd icircnălţimi de pacircnă la 40 metri

Pădurea umedă tropicală bdquoascunderdquo de asemenea o mare varietate de animale Se presupune că 30 ndash 50 din toate speciile de animale de pe planetă se icircntacirclnesc icircn acest tip de biom

Chiar mediul marin şi oceanic este considerat de către unii ecologi ca avacircnd icircn structura lui biomi cum ar fi largul oceanului zonele litorale zonele bentale ţărmurile stacircncoase sau nisipoase estuarele sau zonele mlăştinoase asociate mareelor

Indiferent de locul pe care icircl ocupa icircn ierarhia care ia icircn consideraţie diferitele nivele de organizare a materiei vii sistemele biologice prezintă cacircteva caracteristici generale(Botnaruic şi Vădineanu 1982)

Caracterul istoric specific (nu numai) sistemelor biologice este datorat faptului că icircnsăşi sistemul integrator al biosferei a parcurs etape evolutive in timp la scară istorică icircn sensul creşterii complexităţii structurale şi funcţionale Implicit toate sistemele biologice contemporane sunt rezultatul proces de evoluţie şi dezvoltare mai mult sau mai puţin icircndelungat

Datorită capacităţii sistemelor biologice de a primi de a acumula procesa şi transmite informaţii specifice se poate reliefa caracterul informaţional al acestora Stugren (1982) consideră că sistemele biologice au evoluat icircn sensul creşterii complexităţii lor structurale şi de asemenea icircn sensul dezvoltării capacităţii de a vehicula informaţia biologică indiferent de aspectul cantitativ al materiei vii Latura calitativă a acestui proces informatic la nivelul biologic este reliefată de importanţa fidelităţii icircn sensul preciziei exactităţii cu care este procesată şi mai ales transmisă informaţia icircn sistemele biologice Este interesant de remarcat ca dacă icircn cazul unor sisteme informaţionale abiotice fidelitatea absolută in procesarea informaţiei este esenţială icircn mod paradoxal lipsa exactităţii totale icircn transmiterea informaţiei (genetice de exemplu) reprezintă pentru sistemele biologice o posibilitate de evoluţie icircn cazul icircn care selecţia naturală validează variantele favorabile ale erorilor

Se poate observa relativ simplu că particularităţile unui sistem biologic nu sunt neapărat caracteristice şi subsistemelor componente Cu alte cuvinte ceea ce caracterizează un sistem biologic nu este doar cumularea caracteristicilor elementelor care icircl compun Sistemul icircn ansamblul său are icircnsuşiri noi care pot fi extrem de diferite de cele ale subsistemelor pe care le integrează din punct de vedere calitativ Această calitate a unui sistem este cunoscută sub denumirea de integralitate şi a fost pusă icircn evidenţă prin studiul unor sisteme biologice supraindividuale Odum (1971) evidenţiază caracteristici suplimentare ale unor ecosisteme acvatice de tipul recif coraligen comparativ cu ecosistemele adiacente (productivitate biologică ridicată) aflate practic icircn aceleaşi condiţii mediale Este de asemenea cunoscut experimentul lui Kamşilov (1979) care e evidenţiat capacitatea crescută a unui ecosistem acvatic cu un grad de integralitate ridicat de a elimina prin capacitatea biologică de autoepurare agenţi poluanţi ai apei de tipul fenolilor decacirct aceeaşi capacitate determinată la nivelul unui sistem biologic simplificat deşi icircn ambele cazuri singurul component capabil de oxidarea fenolilor a fost acelaşi (bacteriile fenol-oxidante)

Gradul de eterogenitate al sistemelor biologice este dat de faptul că deşi icircn structura calitativă a acestora există şi elemente ce pot fi considerate identice cele mai multe componente sunt diferite Eterogenitatea sistemelor biologice reprezintă aşadar o măsură a diversităţii structurale a acestora Pentru că sistemele biologice sunt capabile de evoluţie conform caracterului lor istoric ele se dezvoltă fapt ce presupune mărirea gradului lor de complexitate şi deci creşterea eterogenităţii Icircn acest sens de regulă o eterogenitate mai mare determină şi o integralitate superioară şi că fiecărui tip de sistem icirci este caracteristică o anumită valoare optimă a eterogenităţii

Starea normală de existenţă şi manifestare a sistemelor biologice este aceea de echilibru dinamic Această caracteristică derivă din capacitatea acestora de a fi permanent icircntr-o continuă activitate ce presupune schimbul de materie energie şi informaţie cu mediul Capacitatea sistemelor biologice de a se menţine icircn cadrul unui interval definit de valori care definesc echilibrul dinamic determină caracterul specific antientropic al acestora Cu alte cuvinte sistemele biologice au mecanisme şi resurse energetice interne capabile să contracareze tendinţa de dezagregare caracteristică sistemelor fizice

Starea de echilibru dinamic realizată de sistemele biologice este posibilă datorită manifestării unei autoreglări a funcţionării acestora prin mecanismul de autocontrol O schemă generală a autocontrolului la nivelul sistemului biologic presupune existenţa unor subsisteme specializate icircn recepţia informaţiei din mediu prelucrarea acestei şi elaborarea unei reacţii cacirct mai adecvate la acţiunea excitanţilor mediali Pentru a compara icircn permanenţă eficacitatea reacţiei sistemului la acţiunea stimulantă a mediului şi deci autocontrolul sistemului se manifestă conexiunea inversă (feed-back) prin care sistemul este capabil să ajusteze icircn permanenţă valoarea răspunsului propriu la intensitatea factorilor care icircl stimulează

Botnariuc (1976) prezintă succint toate aceste caracteristici generale ale sistemelor biologice atunci cacircnd le defineşte ca fiind bdquosisteme deschise informaţionalerdquo care datorită modului lor specific de organizare au capacităţi specifice bdquode autoconservare autoreproducere autoreglare şi autodezvoltare de la

forme simple la cele complexe de organizare ele au un comportament antientropic şi finalizat care le asigură stabilitatea icircn relaţiile lor cu alte sistemerdquo

4 Ecosistemul

Icircn principiu atunci cacircnd ne referim la ecosistem icircnţelegem de fapt un sistem deschis cu o alcătuire complexă conferită de cele două subsisteme majore din care acesta este alcătuit şi anume biotopul (mediul fizico-chimic abiotic) şi biocenoza (totalitatea vieţuitoarelor comunitatea de plante animale microorganisme care au ca suport un anumit biotop) Ecosistemul sau sistemul ecologic reprezintă ceea ce ecologii numesc unitatea funcţională fundamentală a biosferei deoarece biosfera icircn ansamblul ei este alcătuită din aceste formaţiuni cu dimensiuni spaţiale şi temporale icircn care manifestarea vieţii este integrată icircn mediul local şi se manifestă icircn mod unitar Cu alte cuvinte un ecosistem cuprinde toată materia vie (microorganisme plante şi animale) inclusă icircntr-un spaţiu definit care constituie substratul manifestării acesteia dar şi componenta abiotică a acestui sistem

Deşi aparent orice combinaţie de manifestare a vieţii pe suport medial poate da impresia existenţei unui sistem ecologic icircn realitate pot fi considerate ecosisteme numai acele asociaţii ale vieţii cu mediul abiotic ce au un anumit grad de stabilitate şi la nivelul cărora se manifestă fluxuri materiale şi energetice

Deşi Forbes (1887) realizează pentru prima dată unitatea vieţii şi mediului ca un sistem pe care l-a denumit microcosmos termenul de ecosistem a fost introdus icircn 1935 de ecologul britanic Sir A G Tansley care a descris sistemele naturale ca o continuă interacţiune dintre componenta vie şi minerală a acestora Perspectiva lui Tansley asupra conceptului de ecosistem are la bază icircn special aspectul funcţional al acestui sistem biologic mai ales din punct de vedere trofic Principala caracteristică a ecosistemului este aceea că la nivelul acesteia se manifestă productivitatea biologică şi se realizează producţia biologică

Concepţia ecologică modernă stabileşte mai multe categorii de structuri ale ecosistemului Cel mai uşor de identificat este modalitatea de stratificare a ecosistemului deoarece cele mai multe ecosisteme prezintă două straturi principale autotrof şi heterotrof

Stratul autotrof alcătuit din totalitatea populaţiilor de plante este situat superior şi beneficiază de accesul necondiţionat la radiaţia solară luminoasă ceea ce presupune o mai mare eficienţă a procesului de fotosinteză şi deci o producţie primară (producţie de substanţă organică) ridicată Stratul heterotrof este alcătuit din organisme care nu au acces la energia luminoasă (fără plante) şi este dependent de existenţa organismelor autotrofe icircn scopul asigurării necesarului energetic

Ecosistemele sunt foarte variate ca dimensiune şi complexitate Spre exemplu o insulă din zona tropicală poate avea un ecosistem format de pădurea umedă tropicală care se poate icircntinde pe sute şi mii de hectare un ecosistem format de zona mlăştinoasă a asociaţilor de mangrove şi un ecosistem subacvatic reprezentat de recifurile coraligene şi biocenozele aferente

Definirea conceptului de ecosistem nu trebuie interpretată de o manieră simplistă sub forma unei relaţii de genul biotop + biocenoză = ecosistem Populaţiile din componenţa biocenozei sunt capabile nu numai să suporte rigorile mediului ambiant (biotopului) ci să-l şi transforme ceea ce determină noi interacţiuni icircntre specii (interacţiuni indirecte) ceea ce conduce la definirea unui sistem de interacţiuni complex ale speciilor icircntre ele şi ale speciilor cu mediul Acest tip de sistem reprezintă sistemul ecologic sau ecosistemul Dintr-un alt punct de vedere se poate observa că ecosistemul este alcătuit din cinci subsisteme (trofice) fundamentale

1 substanţe de natură anorganică (elemente chimice sau substanţe minerale)2 producători primari (toate plantele şi unele microorganisme fotosintetizatoare)3 animalele consumatoare (consumatori primari şi secundari de diferite ordine)4 detritusul vegetal şi animal (materie organică rezultată după moarte organismelor vii)5 microorganisme reducătoare sau descompunătoare (organisme ce reduc materia organică la

componenţii minerali)

O schemă a modului de interacţiune dintre componentele ecosistemului este prezentată icircn figura 3Icircntr-un mod mai simplist şi reducacircnd componentele ecosistemului la cele mai importante putem

afirma că structura ecosistemelor este determinată de o varietate de factori care se manifestă inter-relaţional dintre care cacircteva din cele mai importante componente sunt solul atmosfera radiaţia solară apa ndash toate acestea caracterizacircnd biotopul şi organismele vii care ocupă acest biotop reprezentacircnd biocenoza sau comunitatea de plante şi animale specifice unui anumit biotop

Figura 3 Prezentarea schematică a principalelor subsisteme ale ecosistemuluiSe poate reliefa şi o structură biochimică a ecosistemului dacă se consideră modul icircn care sunt

reprezentate cantitativ diversele substanţe (organice sau anorganice libere sau icircnglobate icircn biomasa organismelor) implicate icircn funcţionarea ecosistemului

Avacircnd icircn vedere importanţa unor anumite substanţe (aşa numite substanţe active) pentru funcţionarea ecosistemului cum sunt pigmenţii fotosintetizatori s-a realizat o diferenţiere a ecosistemelor din punct de vedere al eficienţei productivităţii primare Studiul clorofilei a a condus la evidenţierea a patru categorii de ecosisteme

Ecosisteme stratificate Icircn această categorie se includ toate tipurile de păduri ecosistemele cu vegetaţie ierboasă icircnaltă (de tip savană) ecosistemele artificiale (culturi agricole) Acestor ecosisteme le este caracteristică evidenţierea unor substraturi vegetale cu o concentraţie diferită a concentraţiei de clorofilă determinată de reducerea pe orizontală a intensităţii radiaţiei solare Icircntr-un ecosistem stratificat concentraţia de clorofilă a este de aproximativ 04 g pacircnă la 3 g pe metru pătrat ( 1 gram de clorofilă poate produce 04-4 g oxigenoră)

Ecosisteme umbrite Icircn aceste ecosisteme stratul autotrof are un singur nivel Concentraţia de clorofilă a este asemănătoare cu cea existentă le nivelul inferior al ecosistemelor stratificate Caracteristic acestor ecosisteme le este un proces de fotosinteză de cacircteva ori mai redus ca intensitate comparativ cu ecosistemele stratificate Icircn condiţii de iluminare redusă concentraţia de clorofilă a are valori medii foarte scăzute (0001- 05 gm2)

Ecosisteme mixte Aceste tipuri de ecosisteme sunt similare nivelului mediu din ecosistemele de tip stratificat Ele sunt de regulă ecosisteme acvatice icircn care rolul principal icircn realizarea producţiei primare icircl deţin algele planctonice (fitoplanctonul) Datorită bdquomigraţieirdquo diurne pe verticală a algelor microscopice nu se poate identifica totuşi o stratificare stabilă Concentraţia de clorofilă a este variabilă icircn intervalul 002- 1gm2 cu o eliberare de oxigen de 1-10goră pentru fiecare gram de clorofilă

Ecosistemele de lumină Icircn această categorie de ecosisteme sunt incluse acele ecosisteme caracterizate de existenţa unor straturi vegetale cu o dezvoltare nesemnificativă pe verticală Cu alte cuvinte ele sunt din acest punct de vedere ecosisteme mono-strat

Exemple de astfel de ecosisteme sunt peliculele de alge sau cele de licheni culturile agricole (ecosisteme artificiale) mai ales icircn primele stadii de dezvoltare a vegetaţiei sau culturile experimentale expuse iluminării artificiale abundente Concentraţia de clorofilă a este similară cu aceea de la nivelul superior din ecosistemele stratificate 001-06gm2 1g de clorofilă fiind implicat icircn eliberarea a 8-40g oxigenoră

Există evident şi alte criterii de clasificare a ecosistemelor Spre exemplu pentru ecosistemele acvatice s-au luat icircn considerare principalele grupe de organisme acvatice (nectonul planctonul bentosul) sau domenii ale mediului acvatic cum sunt domeniul pelagial bental etc dar şi criteriul energetic (Tab 1) mai exact mărimea fluxului energetic prin ecosistem (Odum 1972)Cea mai importantă sursă energetică este evident energia radiantă solară Odată fixată de către plante energia icircncorporată icircn masa organică circulă icircn cadrul ecosistemului sau poate fi de asemenea trecută dintr-un ecosistem icircn altul printr-o serie de procese care includ migraţia animalelor vacircnătoare recoltarea plantelor fenomene de eroziune etc

41 Biotopul

Descrierea unui ecosistem se poate realiza prin raportarea la componenta abiotică a acestuia icircn primul racircnd sub aspectul fizionomiei şi tipologiei şi icircn al doilea racircnd din punctul de vedere al structurii sale spaţiale Se apreciază că icircn condiţii asemănătoare de viaţă se realizează structuri similare de specii icircn cadrul biocenozei Conceptul de biotop defineşte acel subsistem fundamental al ecosistemului care icircnglobează toţi factorii externi de natură abiotică ce afectează organismele vii Biotopul este deci substratul mediul fizico-chimic pe care sau icircn care populaţiile componente ale biocenozei comunităţile de plante animale şi microorganisme trăiesc se dezvoltă şi se reproduc

Caracterele particulare ale biotopului determină caracteristicile structurale şi funcţionale ale biocenozei asociate In mediul acvatic acest fapt este evident chiar dacă se ia icircn considerare fie şi numai morfologia biotopului S-a remarcat icircn acest sens faptul că recife artificiale pot modifica structura biocenozei şi productivitatea biologică locală a unor ecosisteme marine şi oceanice prin apariţia unor habitate specifice care vor constitui suportul pentru o creştere a diversităţii biologice De exemplu creşterea productivităţii piscicole icircn astfel de ecosisteme acvatice este atacirct de importantă cantitativ icircncacirct metoda introducerii recifelor artificiale este frecvent utilizată icircn pescăriile marine şi oceanice reprezentacircnd un succes evident al ecologiei aplicate

Cele mai multe specii sunt supuse presiunii mediului abiotic cel puţin icircn anumite zone geografice ale arealului lor prin acţiunea factorilor mediului abiotic cum sunt climatul apa lumina substanţele minerale Nici o specie nu este adaptată să supravieţuiască icircn toate condiţiile existente pe Pămacircnt Toate speciile au limite specifice de toleranţa la acţiunea factorilor fizici şi chimici care afectează direct sau indirect succesul supravieţuirii şi reproducerii acestora Intervalul de valori cuprins icircn icircntregul spectru de variaţie a factorilor abiotici icircn care speciile pot supravieţui şi persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleranţă iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleranţă Valorile factorilor abiotici cuprinse icircn intervalul de toleranţă la care speciile sau populaţiile funcţionează icircn modul cel mai eficient alcătuiesc intervalul optim (optimul dezvoltării)

Chimistul german Liebig (1840) a lansat ipoteza considerată multă vreme un principiu ecologic fundamental că organismele vii sunt icircn general limitate de către acţiunea unui singur factor al biotopului care este insuficient icircn comparaţie cu necesităţile acestora La acel moment ecologii au considerat această idee atacirct de interesantă icircncacirct au denumit-o legea minimului sau legea minimului lui Liebig icircncercacircnd totodată să determine acel singur factor care limitează creşterea şi dezvoltarea speciilor

Mai tacircrziu multe studii au relevat faptul că acest concept nu este adecvat pentru a putea explica limitele de distribuţie pentru cele mai multe specii sau oricum explicaţia este prea simplistă

S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici interacţiunea acestora potenţacircnd sau diminuacircnd efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat

411 Factorii mediului abiotic

Din punct de vedere a modului lor de acţiune şi al efectelor pe care variaţiile factorilor mediului abiotic le produc asupra funcţionării speciilor din biocenoză se poate considera că principalii factori fizico-chimici se pot manifesta icircn două moduri distincte

O manifestare a fluctuaţiei valorilor acestora icircntr-un anumit interval cu o anume amplitudine şi o periodicitate bine definită deci o manifestare bdquonormalardquo conduce la fenomene cum sunt ciclul nictemeral (alternanţa noapte-zi) succesiunea anotimpurilor mareele etc la care speciile sunt adaptate

Acest tip de fluctuaţii ale factorilor abiotici sunt fie benefice pentru populaţii fie uşor de suportat de către acestea Un alt tip de manifestare a acţiunii factorilor abiotici ai mediului este reprezentat de fluctuaţia icircntacircmplătoare a acestora şi icircnregistrarea unor valori bdquoanormalerdquo ale amplitudinii variaţiei lor dincolo de limitele obişnuite Acest tip de acţiune perturbă activitatea normală a ecosistemului şi are de regulă efecte nefaste asupra populaţiilor din biocenoză

Exemple de astfel de bdquoanomaliirdquo icircn manifestarea factorilor de mediu pot fi temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate care depăşesc flagrant media maximelor sau minimelor termice precipitaţii extrem de abundente (inundaţii catastrofale) perioade de secetă prelungită furtuni deosebit de puternice erupţii vulcanice etc

Principala deosebire icircntre cele două moduri de manifestare a factorilor abiotici mediali constă icircn efectele pe care le produc asupra populaţiilor naturale Icircn cazul icircn care factorii fluctuează icircn limite normale speciile se adaptează şi efectele sunt benefice neutre sau afectează icircn mod nesemnificativ efectivele populaţiilor

Icircn cazul extrem cacircnd amplitudinea variaţiei factorilor de mediu este extrem de mare efectul lor aspra biocenozei este deosebit de semnificativ şi se exprimă prin scăderea efectivelor populaţiilor uneori pacircnă la valori ale numărului de indivizi care permit cu dificultate refacerea efectivului iniţial iar icircn cazuri extreme pot conduce la dispariţia populaţiilor

4111 Lumina solară

Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară Desigur există şi alte surse luminoase sau calorice cum sunt lumina artificială lumina de natură biologică energia geotermică dar impactul global al acestora asupra ecosferei este limitat accidental sau de importanţă locală Soarele este deci cea mai importantă sursă de energie pentru derularea activităţii normale la nivelul majorităţii ecosistemelor lumina solară manifestacircndu-şi rolul energetic fundamental icircn procesul de fotosinteză prin care plantele produc substanţă organică pornind de la elemente minerale

Lumina vizibilă perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio microundele radiaţiile infraroşii lumina vizibilă radiaţiile ultraviolete radiaţiile x şi radiaţiile gamma

Energia solară este energia radiantă produsă de Soare ca urmare a reacţiilor de fuziune nucleară ce se produc icircn interiorul acestei stele presupunacircnd fuziunea a două nuclee uşoare de hidrogen care determină

apariţia unor nuclee grele de deuteriu ( 12 H ) Deuteriul se combină după reacţia

12 H+1

2 Hrarr23 He+0

1 n+32 MeV

din care rezultă heliu un neutron liber şi o cantitate de energie de 32 MeV ceea ce icircnseamnă 51 10 -

13 J sau 12 10-13 calorii Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu

atmosfera şi suprafaţa pămacircntului Cantitatea de energie solară care ajunge la nivelul superior al atmosferei terestre considerată atunci cacircnd Pămacircntul se află la distanţa medie faţă de Soare este cunoscută sub denumirea de constantă solară şi are valoarea medie de 137 106 erg sec şi cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut şi cm2 Deşi intensitatea radiaţiei solare nu este constantă variaţia acesteia este destul de redusă fiind estimată la circa 02 icircntr-un interval de timp de 30 ani Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pămacircntului este mai redusă decacirct valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră

Cantitatea de energie incidentă este diferită icircn funcţie de momentul zilei sezon şi poziţia geografică Din cantitatea totală de 25 1018 calorii pe minut care pătrunde icircn atmosfera terestră la suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 16 calcm2 şi pe minut Valorile ce se icircnregistrează la diferite latitudini sunt foarte diferite şi au următoarele valori medii anuale icircn zonele nordice 40 000 ndash 50 000 calcm2 icircn zonele temperate 80 000 ndash 15 000 calcm2 icircn zonele tropicale mai mult de 200 000 calcm2

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse icircntre 1 Ǻ ( Angstrom 1 Ǻ = 10 -10m) şi cacircţiva kilometri (icircn cazul undelor radio lungi) Cea mai mare pondere din energia solară incidentă o deţin icircnsă radiaţiile cu lungimi de undă cuprinse icircntre 02 10-6 şi 4 10-6 metri

Radiaţiile vizibile ale spectrului solar reprezintă aproximativ 42 procente Acestea sunt radiaţiile care permit organului vizual al animalelor să vizualizeze mediul icircnconjurător asiguracircnd astfel comunicarea vizuală dintre acestea şi orientarea icircn cadrul habitatului Din zona vizibilă a spectrului icircn procesul de fotosinteză se utilizează numai aproximativ 21 din energia solară

La nivelul ecosistemelor acvatice energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 14 1012 calorii pe minut Din această energie o cantitate variabilă icircntre 3 şi 40 este reflectată de suprafaţa apei icircn funcţie de unghiul de incidenţă şi de gradul de agitaţie al suprafeţei luciului de apă

Apa absoarbe lumina icircn mod diferit icircn funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare şi icircn consecinţă tipul de lumină care pătrunde icircn diverse orizonturi acvatice este diferit Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid icircn timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde uneori pacircnă la 1000 m adacircncime Radiaţiile bdquoverzirdquo ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante icircn cadrul fotosintezei clorofiliene De aceea icircn mări şi oceane la orizonturile la care pătrund aceste radiaţii plantele acvatice de genul algelor roşii care pot fi prezente pacircnă la adacircncimi de 500 m utilizează un pigment diferit de clorofilă un pigment roşu denumit ficoeritrină Icircn general spectrul luminii albe utilizabile de către plante icircn procesul de fotosinteză este caracterizat de o utilizare maximă a radiaţiilor albastre şi roşii şi de o utilizare minimă a radiaţiilor verzi Icircn figura 5 este reprezentat spectrul absorbţiei luminii de către ansamblul pigmenţilor implicaţi icircn procesul de fotosinteză exprimat icircn procente din lumina bdquoalbărdquo cu precizarea că diversele lungimi de undă sunt considerate a fi distribuite uniform icircn cadrul radiaţiei solare

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde icircn ecosistemele acvatice este diferită icircn funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie refracţie absorbţie şi dispersie Din acest motiv transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adacircncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante icircn procesul de fotosinteză

Icircn apele cu transparenţa de unu pacircnă la doi metri la adacircncimea de 1 m pătrunde numai 5 pacircnă la10 din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei iar la adacircncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0003 ndash 001 calcm2 şi minut

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 9: Introducere în ecologie

Indiferent de locul pe care icircl ocupa icircn ierarhia care ia icircn consideraţie diferitele nivele de organizare a materiei vii sistemele biologice prezintă cacircteva caracteristici generale(Botnaruic şi Vădineanu 1982)

Caracterul istoric specific (nu numai) sistemelor biologice este datorat faptului că icircnsăşi sistemul integrator al biosferei a parcurs etape evolutive in timp la scară istorică icircn sensul creşterii complexităţii structurale şi funcţionale Implicit toate sistemele biologice contemporane sunt rezultatul proces de evoluţie şi dezvoltare mai mult sau mai puţin icircndelungat

Datorită capacităţii sistemelor biologice de a primi de a acumula procesa şi transmite informaţii specifice se poate reliefa caracterul informaţional al acestora Stugren (1982) consideră că sistemele biologice au evoluat icircn sensul creşterii complexităţii lor structurale şi de asemenea icircn sensul dezvoltării capacităţii de a vehicula informaţia biologică indiferent de aspectul cantitativ al materiei vii Latura calitativă a acestui proces informatic la nivelul biologic este reliefată de importanţa fidelităţii icircn sensul preciziei exactităţii cu care este procesată şi mai ales transmisă informaţia icircn sistemele biologice Este interesant de remarcat ca dacă icircn cazul unor sisteme informaţionale abiotice fidelitatea absolută in procesarea informaţiei este esenţială icircn mod paradoxal lipsa exactităţii totale icircn transmiterea informaţiei (genetice de exemplu) reprezintă pentru sistemele biologice o posibilitate de evoluţie icircn cazul icircn care selecţia naturală validează variantele favorabile ale erorilor

Se poate observa relativ simplu că particularităţile unui sistem biologic nu sunt neapărat caracteristice şi subsistemelor componente Cu alte cuvinte ceea ce caracterizează un sistem biologic nu este doar cumularea caracteristicilor elementelor care icircl compun Sistemul icircn ansamblul său are icircnsuşiri noi care pot fi extrem de diferite de cele ale subsistemelor pe care le integrează din punct de vedere calitativ Această calitate a unui sistem este cunoscută sub denumirea de integralitate şi a fost pusă icircn evidenţă prin studiul unor sisteme biologice supraindividuale Odum (1971) evidenţiază caracteristici suplimentare ale unor ecosisteme acvatice de tipul recif coraligen comparativ cu ecosistemele adiacente (productivitate biologică ridicată) aflate practic icircn aceleaşi condiţii mediale Este de asemenea cunoscut experimentul lui Kamşilov (1979) care e evidenţiat capacitatea crescută a unui ecosistem acvatic cu un grad de integralitate ridicat de a elimina prin capacitatea biologică de autoepurare agenţi poluanţi ai apei de tipul fenolilor decacirct aceeaşi capacitate determinată la nivelul unui sistem biologic simplificat deşi icircn ambele cazuri singurul component capabil de oxidarea fenolilor a fost acelaşi (bacteriile fenol-oxidante)

Gradul de eterogenitate al sistemelor biologice este dat de faptul că deşi icircn structura calitativă a acestora există şi elemente ce pot fi considerate identice cele mai multe componente sunt diferite Eterogenitatea sistemelor biologice reprezintă aşadar o măsură a diversităţii structurale a acestora Pentru că sistemele biologice sunt capabile de evoluţie conform caracterului lor istoric ele se dezvoltă fapt ce presupune mărirea gradului lor de complexitate şi deci creşterea eterogenităţii Icircn acest sens de regulă o eterogenitate mai mare determină şi o integralitate superioară şi că fiecărui tip de sistem icirci este caracteristică o anumită valoare optimă a eterogenităţii

Starea normală de existenţă şi manifestare a sistemelor biologice este aceea de echilibru dinamic Această caracteristică derivă din capacitatea acestora de a fi permanent icircntr-o continuă activitate ce presupune schimbul de materie energie şi informaţie cu mediul Capacitatea sistemelor biologice de a se menţine icircn cadrul unui interval definit de valori care definesc echilibrul dinamic determină caracterul specific antientropic al acestora Cu alte cuvinte sistemele biologice au mecanisme şi resurse energetice interne capabile să contracareze tendinţa de dezagregare caracteristică sistemelor fizice

Starea de echilibru dinamic realizată de sistemele biologice este posibilă datorită manifestării unei autoreglări a funcţionării acestora prin mecanismul de autocontrol O schemă generală a autocontrolului la nivelul sistemului biologic presupune existenţa unor subsisteme specializate icircn recepţia informaţiei din mediu prelucrarea acestei şi elaborarea unei reacţii cacirct mai adecvate la acţiunea excitanţilor mediali Pentru a compara icircn permanenţă eficacitatea reacţiei sistemului la acţiunea stimulantă a mediului şi deci autocontrolul sistemului se manifestă conexiunea inversă (feed-back) prin care sistemul este capabil să ajusteze icircn permanenţă valoarea răspunsului propriu la intensitatea factorilor care icircl stimulează

Botnariuc (1976) prezintă succint toate aceste caracteristici generale ale sistemelor biologice atunci cacircnd le defineşte ca fiind bdquosisteme deschise informaţionalerdquo care datorită modului lor specific de organizare au capacităţi specifice bdquode autoconservare autoreproducere autoreglare şi autodezvoltare de la

forme simple la cele complexe de organizare ele au un comportament antientropic şi finalizat care le asigură stabilitatea icircn relaţiile lor cu alte sistemerdquo

4 Ecosistemul

Icircn principiu atunci cacircnd ne referim la ecosistem icircnţelegem de fapt un sistem deschis cu o alcătuire complexă conferită de cele două subsisteme majore din care acesta este alcătuit şi anume biotopul (mediul fizico-chimic abiotic) şi biocenoza (totalitatea vieţuitoarelor comunitatea de plante animale microorganisme care au ca suport un anumit biotop) Ecosistemul sau sistemul ecologic reprezintă ceea ce ecologii numesc unitatea funcţională fundamentală a biosferei deoarece biosfera icircn ansamblul ei este alcătuită din aceste formaţiuni cu dimensiuni spaţiale şi temporale icircn care manifestarea vieţii este integrată icircn mediul local şi se manifestă icircn mod unitar Cu alte cuvinte un ecosistem cuprinde toată materia vie (microorganisme plante şi animale) inclusă icircntr-un spaţiu definit care constituie substratul manifestării acesteia dar şi componenta abiotică a acestui sistem

Deşi aparent orice combinaţie de manifestare a vieţii pe suport medial poate da impresia existenţei unui sistem ecologic icircn realitate pot fi considerate ecosisteme numai acele asociaţii ale vieţii cu mediul abiotic ce au un anumit grad de stabilitate şi la nivelul cărora se manifestă fluxuri materiale şi energetice

Deşi Forbes (1887) realizează pentru prima dată unitatea vieţii şi mediului ca un sistem pe care l-a denumit microcosmos termenul de ecosistem a fost introdus icircn 1935 de ecologul britanic Sir A G Tansley care a descris sistemele naturale ca o continuă interacţiune dintre componenta vie şi minerală a acestora Perspectiva lui Tansley asupra conceptului de ecosistem are la bază icircn special aspectul funcţional al acestui sistem biologic mai ales din punct de vedere trofic Principala caracteristică a ecosistemului este aceea că la nivelul acesteia se manifestă productivitatea biologică şi se realizează producţia biologică

Concepţia ecologică modernă stabileşte mai multe categorii de structuri ale ecosistemului Cel mai uşor de identificat este modalitatea de stratificare a ecosistemului deoarece cele mai multe ecosisteme prezintă două straturi principale autotrof şi heterotrof

Stratul autotrof alcătuit din totalitatea populaţiilor de plante este situat superior şi beneficiază de accesul necondiţionat la radiaţia solară luminoasă ceea ce presupune o mai mare eficienţă a procesului de fotosinteză şi deci o producţie primară (producţie de substanţă organică) ridicată Stratul heterotrof este alcătuit din organisme care nu au acces la energia luminoasă (fără plante) şi este dependent de existenţa organismelor autotrofe icircn scopul asigurării necesarului energetic

Ecosistemele sunt foarte variate ca dimensiune şi complexitate Spre exemplu o insulă din zona tropicală poate avea un ecosistem format de pădurea umedă tropicală care se poate icircntinde pe sute şi mii de hectare un ecosistem format de zona mlăştinoasă a asociaţilor de mangrove şi un ecosistem subacvatic reprezentat de recifurile coraligene şi biocenozele aferente

Definirea conceptului de ecosistem nu trebuie interpretată de o manieră simplistă sub forma unei relaţii de genul biotop + biocenoză = ecosistem Populaţiile din componenţa biocenozei sunt capabile nu numai să suporte rigorile mediului ambiant (biotopului) ci să-l şi transforme ceea ce determină noi interacţiuni icircntre specii (interacţiuni indirecte) ceea ce conduce la definirea unui sistem de interacţiuni complex ale speciilor icircntre ele şi ale speciilor cu mediul Acest tip de sistem reprezintă sistemul ecologic sau ecosistemul Dintr-un alt punct de vedere se poate observa că ecosistemul este alcătuit din cinci subsisteme (trofice) fundamentale

1 substanţe de natură anorganică (elemente chimice sau substanţe minerale)2 producători primari (toate plantele şi unele microorganisme fotosintetizatoare)3 animalele consumatoare (consumatori primari şi secundari de diferite ordine)4 detritusul vegetal şi animal (materie organică rezultată după moarte organismelor vii)5 microorganisme reducătoare sau descompunătoare (organisme ce reduc materia organică la

componenţii minerali)

O schemă a modului de interacţiune dintre componentele ecosistemului este prezentată icircn figura 3Icircntr-un mod mai simplist şi reducacircnd componentele ecosistemului la cele mai importante putem

afirma că structura ecosistemelor este determinată de o varietate de factori care se manifestă inter-relaţional dintre care cacircteva din cele mai importante componente sunt solul atmosfera radiaţia solară apa ndash toate acestea caracterizacircnd biotopul şi organismele vii care ocupă acest biotop reprezentacircnd biocenoza sau comunitatea de plante şi animale specifice unui anumit biotop

Figura 3 Prezentarea schematică a principalelor subsisteme ale ecosistemuluiSe poate reliefa şi o structură biochimică a ecosistemului dacă se consideră modul icircn care sunt

reprezentate cantitativ diversele substanţe (organice sau anorganice libere sau icircnglobate icircn biomasa organismelor) implicate icircn funcţionarea ecosistemului

Avacircnd icircn vedere importanţa unor anumite substanţe (aşa numite substanţe active) pentru funcţionarea ecosistemului cum sunt pigmenţii fotosintetizatori s-a realizat o diferenţiere a ecosistemelor din punct de vedere al eficienţei productivităţii primare Studiul clorofilei a a condus la evidenţierea a patru categorii de ecosisteme

Ecosisteme stratificate Icircn această categorie se includ toate tipurile de păduri ecosistemele cu vegetaţie ierboasă icircnaltă (de tip savană) ecosistemele artificiale (culturi agricole) Acestor ecosisteme le este caracteristică evidenţierea unor substraturi vegetale cu o concentraţie diferită a concentraţiei de clorofilă determinată de reducerea pe orizontală a intensităţii radiaţiei solare Icircntr-un ecosistem stratificat concentraţia de clorofilă a este de aproximativ 04 g pacircnă la 3 g pe metru pătrat ( 1 gram de clorofilă poate produce 04-4 g oxigenoră)

Ecosisteme umbrite Icircn aceste ecosisteme stratul autotrof are un singur nivel Concentraţia de clorofilă a este asemănătoare cu cea existentă le nivelul inferior al ecosistemelor stratificate Caracteristic acestor ecosisteme le este un proces de fotosinteză de cacircteva ori mai redus ca intensitate comparativ cu ecosistemele stratificate Icircn condiţii de iluminare redusă concentraţia de clorofilă a are valori medii foarte scăzute (0001- 05 gm2)

Ecosisteme mixte Aceste tipuri de ecosisteme sunt similare nivelului mediu din ecosistemele de tip stratificat Ele sunt de regulă ecosisteme acvatice icircn care rolul principal icircn realizarea producţiei primare icircl deţin algele planctonice (fitoplanctonul) Datorită bdquomigraţieirdquo diurne pe verticală a algelor microscopice nu se poate identifica totuşi o stratificare stabilă Concentraţia de clorofilă a este variabilă icircn intervalul 002- 1gm2 cu o eliberare de oxigen de 1-10goră pentru fiecare gram de clorofilă

Ecosistemele de lumină Icircn această categorie de ecosisteme sunt incluse acele ecosisteme caracterizate de existenţa unor straturi vegetale cu o dezvoltare nesemnificativă pe verticală Cu alte cuvinte ele sunt din acest punct de vedere ecosisteme mono-strat

Exemple de astfel de ecosisteme sunt peliculele de alge sau cele de licheni culturile agricole (ecosisteme artificiale) mai ales icircn primele stadii de dezvoltare a vegetaţiei sau culturile experimentale expuse iluminării artificiale abundente Concentraţia de clorofilă a este similară cu aceea de la nivelul superior din ecosistemele stratificate 001-06gm2 1g de clorofilă fiind implicat icircn eliberarea a 8-40g oxigenoră

Există evident şi alte criterii de clasificare a ecosistemelor Spre exemplu pentru ecosistemele acvatice s-au luat icircn considerare principalele grupe de organisme acvatice (nectonul planctonul bentosul) sau domenii ale mediului acvatic cum sunt domeniul pelagial bental etc dar şi criteriul energetic (Tab 1) mai exact mărimea fluxului energetic prin ecosistem (Odum 1972)Cea mai importantă sursă energetică este evident energia radiantă solară Odată fixată de către plante energia icircncorporată icircn masa organică circulă icircn cadrul ecosistemului sau poate fi de asemenea trecută dintr-un ecosistem icircn altul printr-o serie de procese care includ migraţia animalelor vacircnătoare recoltarea plantelor fenomene de eroziune etc

41 Biotopul

Descrierea unui ecosistem se poate realiza prin raportarea la componenta abiotică a acestuia icircn primul racircnd sub aspectul fizionomiei şi tipologiei şi icircn al doilea racircnd din punctul de vedere al structurii sale spaţiale Se apreciază că icircn condiţii asemănătoare de viaţă se realizează structuri similare de specii icircn cadrul biocenozei Conceptul de biotop defineşte acel subsistem fundamental al ecosistemului care icircnglobează toţi factorii externi de natură abiotică ce afectează organismele vii Biotopul este deci substratul mediul fizico-chimic pe care sau icircn care populaţiile componente ale biocenozei comunităţile de plante animale şi microorganisme trăiesc se dezvoltă şi se reproduc

Caracterele particulare ale biotopului determină caracteristicile structurale şi funcţionale ale biocenozei asociate In mediul acvatic acest fapt este evident chiar dacă se ia icircn considerare fie şi numai morfologia biotopului S-a remarcat icircn acest sens faptul că recife artificiale pot modifica structura biocenozei şi productivitatea biologică locală a unor ecosisteme marine şi oceanice prin apariţia unor habitate specifice care vor constitui suportul pentru o creştere a diversităţii biologice De exemplu creşterea productivităţii piscicole icircn astfel de ecosisteme acvatice este atacirct de importantă cantitativ icircncacirct metoda introducerii recifelor artificiale este frecvent utilizată icircn pescăriile marine şi oceanice reprezentacircnd un succes evident al ecologiei aplicate

Cele mai multe specii sunt supuse presiunii mediului abiotic cel puţin icircn anumite zone geografice ale arealului lor prin acţiunea factorilor mediului abiotic cum sunt climatul apa lumina substanţele minerale Nici o specie nu este adaptată să supravieţuiască icircn toate condiţiile existente pe Pămacircnt Toate speciile au limite specifice de toleranţa la acţiunea factorilor fizici şi chimici care afectează direct sau indirect succesul supravieţuirii şi reproducerii acestora Intervalul de valori cuprins icircn icircntregul spectru de variaţie a factorilor abiotici icircn care speciile pot supravieţui şi persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleranţă iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleranţă Valorile factorilor abiotici cuprinse icircn intervalul de toleranţă la care speciile sau populaţiile funcţionează icircn modul cel mai eficient alcătuiesc intervalul optim (optimul dezvoltării)

Chimistul german Liebig (1840) a lansat ipoteza considerată multă vreme un principiu ecologic fundamental că organismele vii sunt icircn general limitate de către acţiunea unui singur factor al biotopului care este insuficient icircn comparaţie cu necesităţile acestora La acel moment ecologii au considerat această idee atacirct de interesantă icircncacirct au denumit-o legea minimului sau legea minimului lui Liebig icircncercacircnd totodată să determine acel singur factor care limitează creşterea şi dezvoltarea speciilor

Mai tacircrziu multe studii au relevat faptul că acest concept nu este adecvat pentru a putea explica limitele de distribuţie pentru cele mai multe specii sau oricum explicaţia este prea simplistă

S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici interacţiunea acestora potenţacircnd sau diminuacircnd efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat

411 Factorii mediului abiotic

Din punct de vedere a modului lor de acţiune şi al efectelor pe care variaţiile factorilor mediului abiotic le produc asupra funcţionării speciilor din biocenoză se poate considera că principalii factori fizico-chimici se pot manifesta icircn două moduri distincte

O manifestare a fluctuaţiei valorilor acestora icircntr-un anumit interval cu o anume amplitudine şi o periodicitate bine definită deci o manifestare bdquonormalardquo conduce la fenomene cum sunt ciclul nictemeral (alternanţa noapte-zi) succesiunea anotimpurilor mareele etc la care speciile sunt adaptate

Acest tip de fluctuaţii ale factorilor abiotici sunt fie benefice pentru populaţii fie uşor de suportat de către acestea Un alt tip de manifestare a acţiunii factorilor abiotici ai mediului este reprezentat de fluctuaţia icircntacircmplătoare a acestora şi icircnregistrarea unor valori bdquoanormalerdquo ale amplitudinii variaţiei lor dincolo de limitele obişnuite Acest tip de acţiune perturbă activitatea normală a ecosistemului şi are de regulă efecte nefaste asupra populaţiilor din biocenoză

Exemple de astfel de bdquoanomaliirdquo icircn manifestarea factorilor de mediu pot fi temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate care depăşesc flagrant media maximelor sau minimelor termice precipitaţii extrem de abundente (inundaţii catastrofale) perioade de secetă prelungită furtuni deosebit de puternice erupţii vulcanice etc

Principala deosebire icircntre cele două moduri de manifestare a factorilor abiotici mediali constă icircn efectele pe care le produc asupra populaţiilor naturale Icircn cazul icircn care factorii fluctuează icircn limite normale speciile se adaptează şi efectele sunt benefice neutre sau afectează icircn mod nesemnificativ efectivele populaţiilor

Icircn cazul extrem cacircnd amplitudinea variaţiei factorilor de mediu este extrem de mare efectul lor aspra biocenozei este deosebit de semnificativ şi se exprimă prin scăderea efectivelor populaţiilor uneori pacircnă la valori ale numărului de indivizi care permit cu dificultate refacerea efectivului iniţial iar icircn cazuri extreme pot conduce la dispariţia populaţiilor

4111 Lumina solară

Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară Desigur există şi alte surse luminoase sau calorice cum sunt lumina artificială lumina de natură biologică energia geotermică dar impactul global al acestora asupra ecosferei este limitat accidental sau de importanţă locală Soarele este deci cea mai importantă sursă de energie pentru derularea activităţii normale la nivelul majorităţii ecosistemelor lumina solară manifestacircndu-şi rolul energetic fundamental icircn procesul de fotosinteză prin care plantele produc substanţă organică pornind de la elemente minerale

Lumina vizibilă perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio microundele radiaţiile infraroşii lumina vizibilă radiaţiile ultraviolete radiaţiile x şi radiaţiile gamma

Energia solară este energia radiantă produsă de Soare ca urmare a reacţiilor de fuziune nucleară ce se produc icircn interiorul acestei stele presupunacircnd fuziunea a două nuclee uşoare de hidrogen care determină

apariţia unor nuclee grele de deuteriu ( 12 H ) Deuteriul se combină după reacţia

12 H+1

2 Hrarr23 He+0

1 n+32 MeV

din care rezultă heliu un neutron liber şi o cantitate de energie de 32 MeV ceea ce icircnseamnă 51 10 -

13 J sau 12 10-13 calorii Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu

atmosfera şi suprafaţa pămacircntului Cantitatea de energie solară care ajunge la nivelul superior al atmosferei terestre considerată atunci cacircnd Pămacircntul se află la distanţa medie faţă de Soare este cunoscută sub denumirea de constantă solară şi are valoarea medie de 137 106 erg sec şi cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut şi cm2 Deşi intensitatea radiaţiei solare nu este constantă variaţia acesteia este destul de redusă fiind estimată la circa 02 icircntr-un interval de timp de 30 ani Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pămacircntului este mai redusă decacirct valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră

Cantitatea de energie incidentă este diferită icircn funcţie de momentul zilei sezon şi poziţia geografică Din cantitatea totală de 25 1018 calorii pe minut care pătrunde icircn atmosfera terestră la suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 16 calcm2 şi pe minut Valorile ce se icircnregistrează la diferite latitudini sunt foarte diferite şi au următoarele valori medii anuale icircn zonele nordice 40 000 ndash 50 000 calcm2 icircn zonele temperate 80 000 ndash 15 000 calcm2 icircn zonele tropicale mai mult de 200 000 calcm2

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse icircntre 1 Ǻ ( Angstrom 1 Ǻ = 10 -10m) şi cacircţiva kilometri (icircn cazul undelor radio lungi) Cea mai mare pondere din energia solară incidentă o deţin icircnsă radiaţiile cu lungimi de undă cuprinse icircntre 02 10-6 şi 4 10-6 metri

Radiaţiile vizibile ale spectrului solar reprezintă aproximativ 42 procente Acestea sunt radiaţiile care permit organului vizual al animalelor să vizualizeze mediul icircnconjurător asiguracircnd astfel comunicarea vizuală dintre acestea şi orientarea icircn cadrul habitatului Din zona vizibilă a spectrului icircn procesul de fotosinteză se utilizează numai aproximativ 21 din energia solară

La nivelul ecosistemelor acvatice energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 14 1012 calorii pe minut Din această energie o cantitate variabilă icircntre 3 şi 40 este reflectată de suprafaţa apei icircn funcţie de unghiul de incidenţă şi de gradul de agitaţie al suprafeţei luciului de apă

Apa absoarbe lumina icircn mod diferit icircn funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare şi icircn consecinţă tipul de lumină care pătrunde icircn diverse orizonturi acvatice este diferit Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid icircn timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde uneori pacircnă la 1000 m adacircncime Radiaţiile bdquoverzirdquo ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante icircn cadrul fotosintezei clorofiliene De aceea icircn mări şi oceane la orizonturile la care pătrund aceste radiaţii plantele acvatice de genul algelor roşii care pot fi prezente pacircnă la adacircncimi de 500 m utilizează un pigment diferit de clorofilă un pigment roşu denumit ficoeritrină Icircn general spectrul luminii albe utilizabile de către plante icircn procesul de fotosinteză este caracterizat de o utilizare maximă a radiaţiilor albastre şi roşii şi de o utilizare minimă a radiaţiilor verzi Icircn figura 5 este reprezentat spectrul absorbţiei luminii de către ansamblul pigmenţilor implicaţi icircn procesul de fotosinteză exprimat icircn procente din lumina bdquoalbărdquo cu precizarea că diversele lungimi de undă sunt considerate a fi distribuite uniform icircn cadrul radiaţiei solare

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde icircn ecosistemele acvatice este diferită icircn funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie refracţie absorbţie şi dispersie Din acest motiv transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adacircncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante icircn procesul de fotosinteză

Icircn apele cu transparenţa de unu pacircnă la doi metri la adacircncimea de 1 m pătrunde numai 5 pacircnă la10 din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei iar la adacircncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0003 ndash 001 calcm2 şi minut

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 10: Introducere în ecologie

forme simple la cele complexe de organizare ele au un comportament antientropic şi finalizat care le asigură stabilitatea icircn relaţiile lor cu alte sistemerdquo

4 Ecosistemul

Icircn principiu atunci cacircnd ne referim la ecosistem icircnţelegem de fapt un sistem deschis cu o alcătuire complexă conferită de cele două subsisteme majore din care acesta este alcătuit şi anume biotopul (mediul fizico-chimic abiotic) şi biocenoza (totalitatea vieţuitoarelor comunitatea de plante animale microorganisme care au ca suport un anumit biotop) Ecosistemul sau sistemul ecologic reprezintă ceea ce ecologii numesc unitatea funcţională fundamentală a biosferei deoarece biosfera icircn ansamblul ei este alcătuită din aceste formaţiuni cu dimensiuni spaţiale şi temporale icircn care manifestarea vieţii este integrată icircn mediul local şi se manifestă icircn mod unitar Cu alte cuvinte un ecosistem cuprinde toată materia vie (microorganisme plante şi animale) inclusă icircntr-un spaţiu definit care constituie substratul manifestării acesteia dar şi componenta abiotică a acestui sistem

Deşi aparent orice combinaţie de manifestare a vieţii pe suport medial poate da impresia existenţei unui sistem ecologic icircn realitate pot fi considerate ecosisteme numai acele asociaţii ale vieţii cu mediul abiotic ce au un anumit grad de stabilitate şi la nivelul cărora se manifestă fluxuri materiale şi energetice

Deşi Forbes (1887) realizează pentru prima dată unitatea vieţii şi mediului ca un sistem pe care l-a denumit microcosmos termenul de ecosistem a fost introdus icircn 1935 de ecologul britanic Sir A G Tansley care a descris sistemele naturale ca o continuă interacţiune dintre componenta vie şi minerală a acestora Perspectiva lui Tansley asupra conceptului de ecosistem are la bază icircn special aspectul funcţional al acestui sistem biologic mai ales din punct de vedere trofic Principala caracteristică a ecosistemului este aceea că la nivelul acesteia se manifestă productivitatea biologică şi se realizează producţia biologică

Concepţia ecologică modernă stabileşte mai multe categorii de structuri ale ecosistemului Cel mai uşor de identificat este modalitatea de stratificare a ecosistemului deoarece cele mai multe ecosisteme prezintă două straturi principale autotrof şi heterotrof

Stratul autotrof alcătuit din totalitatea populaţiilor de plante este situat superior şi beneficiază de accesul necondiţionat la radiaţia solară luminoasă ceea ce presupune o mai mare eficienţă a procesului de fotosinteză şi deci o producţie primară (producţie de substanţă organică) ridicată Stratul heterotrof este alcătuit din organisme care nu au acces la energia luminoasă (fără plante) şi este dependent de existenţa organismelor autotrofe icircn scopul asigurării necesarului energetic

Ecosistemele sunt foarte variate ca dimensiune şi complexitate Spre exemplu o insulă din zona tropicală poate avea un ecosistem format de pădurea umedă tropicală care se poate icircntinde pe sute şi mii de hectare un ecosistem format de zona mlăştinoasă a asociaţilor de mangrove şi un ecosistem subacvatic reprezentat de recifurile coraligene şi biocenozele aferente

Definirea conceptului de ecosistem nu trebuie interpretată de o manieră simplistă sub forma unei relaţii de genul biotop + biocenoză = ecosistem Populaţiile din componenţa biocenozei sunt capabile nu numai să suporte rigorile mediului ambiant (biotopului) ci să-l şi transforme ceea ce determină noi interacţiuni icircntre specii (interacţiuni indirecte) ceea ce conduce la definirea unui sistem de interacţiuni complex ale speciilor icircntre ele şi ale speciilor cu mediul Acest tip de sistem reprezintă sistemul ecologic sau ecosistemul Dintr-un alt punct de vedere se poate observa că ecosistemul este alcătuit din cinci subsisteme (trofice) fundamentale

1 substanţe de natură anorganică (elemente chimice sau substanţe minerale)2 producători primari (toate plantele şi unele microorganisme fotosintetizatoare)3 animalele consumatoare (consumatori primari şi secundari de diferite ordine)4 detritusul vegetal şi animal (materie organică rezultată după moarte organismelor vii)5 microorganisme reducătoare sau descompunătoare (organisme ce reduc materia organică la

componenţii minerali)

O schemă a modului de interacţiune dintre componentele ecosistemului este prezentată icircn figura 3Icircntr-un mod mai simplist şi reducacircnd componentele ecosistemului la cele mai importante putem

afirma că structura ecosistemelor este determinată de o varietate de factori care se manifestă inter-relaţional dintre care cacircteva din cele mai importante componente sunt solul atmosfera radiaţia solară apa ndash toate acestea caracterizacircnd biotopul şi organismele vii care ocupă acest biotop reprezentacircnd biocenoza sau comunitatea de plante şi animale specifice unui anumit biotop

Figura 3 Prezentarea schematică a principalelor subsisteme ale ecosistemuluiSe poate reliefa şi o structură biochimică a ecosistemului dacă se consideră modul icircn care sunt

reprezentate cantitativ diversele substanţe (organice sau anorganice libere sau icircnglobate icircn biomasa organismelor) implicate icircn funcţionarea ecosistemului

Avacircnd icircn vedere importanţa unor anumite substanţe (aşa numite substanţe active) pentru funcţionarea ecosistemului cum sunt pigmenţii fotosintetizatori s-a realizat o diferenţiere a ecosistemelor din punct de vedere al eficienţei productivităţii primare Studiul clorofilei a a condus la evidenţierea a patru categorii de ecosisteme

Ecosisteme stratificate Icircn această categorie se includ toate tipurile de păduri ecosistemele cu vegetaţie ierboasă icircnaltă (de tip savană) ecosistemele artificiale (culturi agricole) Acestor ecosisteme le este caracteristică evidenţierea unor substraturi vegetale cu o concentraţie diferită a concentraţiei de clorofilă determinată de reducerea pe orizontală a intensităţii radiaţiei solare Icircntr-un ecosistem stratificat concentraţia de clorofilă a este de aproximativ 04 g pacircnă la 3 g pe metru pătrat ( 1 gram de clorofilă poate produce 04-4 g oxigenoră)

Ecosisteme umbrite Icircn aceste ecosisteme stratul autotrof are un singur nivel Concentraţia de clorofilă a este asemănătoare cu cea existentă le nivelul inferior al ecosistemelor stratificate Caracteristic acestor ecosisteme le este un proces de fotosinteză de cacircteva ori mai redus ca intensitate comparativ cu ecosistemele stratificate Icircn condiţii de iluminare redusă concentraţia de clorofilă a are valori medii foarte scăzute (0001- 05 gm2)

Ecosisteme mixte Aceste tipuri de ecosisteme sunt similare nivelului mediu din ecosistemele de tip stratificat Ele sunt de regulă ecosisteme acvatice icircn care rolul principal icircn realizarea producţiei primare icircl deţin algele planctonice (fitoplanctonul) Datorită bdquomigraţieirdquo diurne pe verticală a algelor microscopice nu se poate identifica totuşi o stratificare stabilă Concentraţia de clorofilă a este variabilă icircn intervalul 002- 1gm2 cu o eliberare de oxigen de 1-10goră pentru fiecare gram de clorofilă

Ecosistemele de lumină Icircn această categorie de ecosisteme sunt incluse acele ecosisteme caracterizate de existenţa unor straturi vegetale cu o dezvoltare nesemnificativă pe verticală Cu alte cuvinte ele sunt din acest punct de vedere ecosisteme mono-strat

Exemple de astfel de ecosisteme sunt peliculele de alge sau cele de licheni culturile agricole (ecosisteme artificiale) mai ales icircn primele stadii de dezvoltare a vegetaţiei sau culturile experimentale expuse iluminării artificiale abundente Concentraţia de clorofilă a este similară cu aceea de la nivelul superior din ecosistemele stratificate 001-06gm2 1g de clorofilă fiind implicat icircn eliberarea a 8-40g oxigenoră

Există evident şi alte criterii de clasificare a ecosistemelor Spre exemplu pentru ecosistemele acvatice s-au luat icircn considerare principalele grupe de organisme acvatice (nectonul planctonul bentosul) sau domenii ale mediului acvatic cum sunt domeniul pelagial bental etc dar şi criteriul energetic (Tab 1) mai exact mărimea fluxului energetic prin ecosistem (Odum 1972)Cea mai importantă sursă energetică este evident energia radiantă solară Odată fixată de către plante energia icircncorporată icircn masa organică circulă icircn cadrul ecosistemului sau poate fi de asemenea trecută dintr-un ecosistem icircn altul printr-o serie de procese care includ migraţia animalelor vacircnătoare recoltarea plantelor fenomene de eroziune etc

41 Biotopul

Descrierea unui ecosistem se poate realiza prin raportarea la componenta abiotică a acestuia icircn primul racircnd sub aspectul fizionomiei şi tipologiei şi icircn al doilea racircnd din punctul de vedere al structurii sale spaţiale Se apreciază că icircn condiţii asemănătoare de viaţă se realizează structuri similare de specii icircn cadrul biocenozei Conceptul de biotop defineşte acel subsistem fundamental al ecosistemului care icircnglobează toţi factorii externi de natură abiotică ce afectează organismele vii Biotopul este deci substratul mediul fizico-chimic pe care sau icircn care populaţiile componente ale biocenozei comunităţile de plante animale şi microorganisme trăiesc se dezvoltă şi se reproduc

Caracterele particulare ale biotopului determină caracteristicile structurale şi funcţionale ale biocenozei asociate In mediul acvatic acest fapt este evident chiar dacă se ia icircn considerare fie şi numai morfologia biotopului S-a remarcat icircn acest sens faptul că recife artificiale pot modifica structura biocenozei şi productivitatea biologică locală a unor ecosisteme marine şi oceanice prin apariţia unor habitate specifice care vor constitui suportul pentru o creştere a diversităţii biologice De exemplu creşterea productivităţii piscicole icircn astfel de ecosisteme acvatice este atacirct de importantă cantitativ icircncacirct metoda introducerii recifelor artificiale este frecvent utilizată icircn pescăriile marine şi oceanice reprezentacircnd un succes evident al ecologiei aplicate

Cele mai multe specii sunt supuse presiunii mediului abiotic cel puţin icircn anumite zone geografice ale arealului lor prin acţiunea factorilor mediului abiotic cum sunt climatul apa lumina substanţele minerale Nici o specie nu este adaptată să supravieţuiască icircn toate condiţiile existente pe Pămacircnt Toate speciile au limite specifice de toleranţa la acţiunea factorilor fizici şi chimici care afectează direct sau indirect succesul supravieţuirii şi reproducerii acestora Intervalul de valori cuprins icircn icircntregul spectru de variaţie a factorilor abiotici icircn care speciile pot supravieţui şi persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleranţă iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleranţă Valorile factorilor abiotici cuprinse icircn intervalul de toleranţă la care speciile sau populaţiile funcţionează icircn modul cel mai eficient alcătuiesc intervalul optim (optimul dezvoltării)

Chimistul german Liebig (1840) a lansat ipoteza considerată multă vreme un principiu ecologic fundamental că organismele vii sunt icircn general limitate de către acţiunea unui singur factor al biotopului care este insuficient icircn comparaţie cu necesităţile acestora La acel moment ecologii au considerat această idee atacirct de interesantă icircncacirct au denumit-o legea minimului sau legea minimului lui Liebig icircncercacircnd totodată să determine acel singur factor care limitează creşterea şi dezvoltarea speciilor

Mai tacircrziu multe studii au relevat faptul că acest concept nu este adecvat pentru a putea explica limitele de distribuţie pentru cele mai multe specii sau oricum explicaţia este prea simplistă

S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici interacţiunea acestora potenţacircnd sau diminuacircnd efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat

411 Factorii mediului abiotic

Din punct de vedere a modului lor de acţiune şi al efectelor pe care variaţiile factorilor mediului abiotic le produc asupra funcţionării speciilor din biocenoză se poate considera că principalii factori fizico-chimici se pot manifesta icircn două moduri distincte

O manifestare a fluctuaţiei valorilor acestora icircntr-un anumit interval cu o anume amplitudine şi o periodicitate bine definită deci o manifestare bdquonormalardquo conduce la fenomene cum sunt ciclul nictemeral (alternanţa noapte-zi) succesiunea anotimpurilor mareele etc la care speciile sunt adaptate

Acest tip de fluctuaţii ale factorilor abiotici sunt fie benefice pentru populaţii fie uşor de suportat de către acestea Un alt tip de manifestare a acţiunii factorilor abiotici ai mediului este reprezentat de fluctuaţia icircntacircmplătoare a acestora şi icircnregistrarea unor valori bdquoanormalerdquo ale amplitudinii variaţiei lor dincolo de limitele obişnuite Acest tip de acţiune perturbă activitatea normală a ecosistemului şi are de regulă efecte nefaste asupra populaţiilor din biocenoză

Exemple de astfel de bdquoanomaliirdquo icircn manifestarea factorilor de mediu pot fi temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate care depăşesc flagrant media maximelor sau minimelor termice precipitaţii extrem de abundente (inundaţii catastrofale) perioade de secetă prelungită furtuni deosebit de puternice erupţii vulcanice etc

Principala deosebire icircntre cele două moduri de manifestare a factorilor abiotici mediali constă icircn efectele pe care le produc asupra populaţiilor naturale Icircn cazul icircn care factorii fluctuează icircn limite normale speciile se adaptează şi efectele sunt benefice neutre sau afectează icircn mod nesemnificativ efectivele populaţiilor

Icircn cazul extrem cacircnd amplitudinea variaţiei factorilor de mediu este extrem de mare efectul lor aspra biocenozei este deosebit de semnificativ şi se exprimă prin scăderea efectivelor populaţiilor uneori pacircnă la valori ale numărului de indivizi care permit cu dificultate refacerea efectivului iniţial iar icircn cazuri extreme pot conduce la dispariţia populaţiilor

4111 Lumina solară

Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară Desigur există şi alte surse luminoase sau calorice cum sunt lumina artificială lumina de natură biologică energia geotermică dar impactul global al acestora asupra ecosferei este limitat accidental sau de importanţă locală Soarele este deci cea mai importantă sursă de energie pentru derularea activităţii normale la nivelul majorităţii ecosistemelor lumina solară manifestacircndu-şi rolul energetic fundamental icircn procesul de fotosinteză prin care plantele produc substanţă organică pornind de la elemente minerale

Lumina vizibilă perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio microundele radiaţiile infraroşii lumina vizibilă radiaţiile ultraviolete radiaţiile x şi radiaţiile gamma

Energia solară este energia radiantă produsă de Soare ca urmare a reacţiilor de fuziune nucleară ce se produc icircn interiorul acestei stele presupunacircnd fuziunea a două nuclee uşoare de hidrogen care determină

apariţia unor nuclee grele de deuteriu ( 12 H ) Deuteriul se combină după reacţia

12 H+1

2 Hrarr23 He+0

1 n+32 MeV

din care rezultă heliu un neutron liber şi o cantitate de energie de 32 MeV ceea ce icircnseamnă 51 10 -

13 J sau 12 10-13 calorii Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu

atmosfera şi suprafaţa pămacircntului Cantitatea de energie solară care ajunge la nivelul superior al atmosferei terestre considerată atunci cacircnd Pămacircntul se află la distanţa medie faţă de Soare este cunoscută sub denumirea de constantă solară şi are valoarea medie de 137 106 erg sec şi cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut şi cm2 Deşi intensitatea radiaţiei solare nu este constantă variaţia acesteia este destul de redusă fiind estimată la circa 02 icircntr-un interval de timp de 30 ani Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pămacircntului este mai redusă decacirct valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră

Cantitatea de energie incidentă este diferită icircn funcţie de momentul zilei sezon şi poziţia geografică Din cantitatea totală de 25 1018 calorii pe minut care pătrunde icircn atmosfera terestră la suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 16 calcm2 şi pe minut Valorile ce se icircnregistrează la diferite latitudini sunt foarte diferite şi au următoarele valori medii anuale icircn zonele nordice 40 000 ndash 50 000 calcm2 icircn zonele temperate 80 000 ndash 15 000 calcm2 icircn zonele tropicale mai mult de 200 000 calcm2

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse icircntre 1 Ǻ ( Angstrom 1 Ǻ = 10 -10m) şi cacircţiva kilometri (icircn cazul undelor radio lungi) Cea mai mare pondere din energia solară incidentă o deţin icircnsă radiaţiile cu lungimi de undă cuprinse icircntre 02 10-6 şi 4 10-6 metri

Radiaţiile vizibile ale spectrului solar reprezintă aproximativ 42 procente Acestea sunt radiaţiile care permit organului vizual al animalelor să vizualizeze mediul icircnconjurător asiguracircnd astfel comunicarea vizuală dintre acestea şi orientarea icircn cadrul habitatului Din zona vizibilă a spectrului icircn procesul de fotosinteză se utilizează numai aproximativ 21 din energia solară

La nivelul ecosistemelor acvatice energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 14 1012 calorii pe minut Din această energie o cantitate variabilă icircntre 3 şi 40 este reflectată de suprafaţa apei icircn funcţie de unghiul de incidenţă şi de gradul de agitaţie al suprafeţei luciului de apă

Apa absoarbe lumina icircn mod diferit icircn funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare şi icircn consecinţă tipul de lumină care pătrunde icircn diverse orizonturi acvatice este diferit Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid icircn timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde uneori pacircnă la 1000 m adacircncime Radiaţiile bdquoverzirdquo ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante icircn cadrul fotosintezei clorofiliene De aceea icircn mări şi oceane la orizonturile la care pătrund aceste radiaţii plantele acvatice de genul algelor roşii care pot fi prezente pacircnă la adacircncimi de 500 m utilizează un pigment diferit de clorofilă un pigment roşu denumit ficoeritrină Icircn general spectrul luminii albe utilizabile de către plante icircn procesul de fotosinteză este caracterizat de o utilizare maximă a radiaţiilor albastre şi roşii şi de o utilizare minimă a radiaţiilor verzi Icircn figura 5 este reprezentat spectrul absorbţiei luminii de către ansamblul pigmenţilor implicaţi icircn procesul de fotosinteză exprimat icircn procente din lumina bdquoalbărdquo cu precizarea că diversele lungimi de undă sunt considerate a fi distribuite uniform icircn cadrul radiaţiei solare

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde icircn ecosistemele acvatice este diferită icircn funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie refracţie absorbţie şi dispersie Din acest motiv transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adacircncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante icircn procesul de fotosinteză

Icircn apele cu transparenţa de unu pacircnă la doi metri la adacircncimea de 1 m pătrunde numai 5 pacircnă la10 din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei iar la adacircncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0003 ndash 001 calcm2 şi minut

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 11: Introducere în ecologie

O schemă a modului de interacţiune dintre componentele ecosistemului este prezentată icircn figura 3Icircntr-un mod mai simplist şi reducacircnd componentele ecosistemului la cele mai importante putem

afirma că structura ecosistemelor este determinată de o varietate de factori care se manifestă inter-relaţional dintre care cacircteva din cele mai importante componente sunt solul atmosfera radiaţia solară apa ndash toate acestea caracterizacircnd biotopul şi organismele vii care ocupă acest biotop reprezentacircnd biocenoza sau comunitatea de plante şi animale specifice unui anumit biotop

Figura 3 Prezentarea schematică a principalelor subsisteme ale ecosistemuluiSe poate reliefa şi o structură biochimică a ecosistemului dacă se consideră modul icircn care sunt

reprezentate cantitativ diversele substanţe (organice sau anorganice libere sau icircnglobate icircn biomasa organismelor) implicate icircn funcţionarea ecosistemului

Avacircnd icircn vedere importanţa unor anumite substanţe (aşa numite substanţe active) pentru funcţionarea ecosistemului cum sunt pigmenţii fotosintetizatori s-a realizat o diferenţiere a ecosistemelor din punct de vedere al eficienţei productivităţii primare Studiul clorofilei a a condus la evidenţierea a patru categorii de ecosisteme

Ecosisteme stratificate Icircn această categorie se includ toate tipurile de păduri ecosistemele cu vegetaţie ierboasă icircnaltă (de tip savană) ecosistemele artificiale (culturi agricole) Acestor ecosisteme le este caracteristică evidenţierea unor substraturi vegetale cu o concentraţie diferită a concentraţiei de clorofilă determinată de reducerea pe orizontală a intensităţii radiaţiei solare Icircntr-un ecosistem stratificat concentraţia de clorofilă a este de aproximativ 04 g pacircnă la 3 g pe metru pătrat ( 1 gram de clorofilă poate produce 04-4 g oxigenoră)

Ecosisteme umbrite Icircn aceste ecosisteme stratul autotrof are un singur nivel Concentraţia de clorofilă a este asemănătoare cu cea existentă le nivelul inferior al ecosistemelor stratificate Caracteristic acestor ecosisteme le este un proces de fotosinteză de cacircteva ori mai redus ca intensitate comparativ cu ecosistemele stratificate Icircn condiţii de iluminare redusă concentraţia de clorofilă a are valori medii foarte scăzute (0001- 05 gm2)

Ecosisteme mixte Aceste tipuri de ecosisteme sunt similare nivelului mediu din ecosistemele de tip stratificat Ele sunt de regulă ecosisteme acvatice icircn care rolul principal icircn realizarea producţiei primare icircl deţin algele planctonice (fitoplanctonul) Datorită bdquomigraţieirdquo diurne pe verticală a algelor microscopice nu se poate identifica totuşi o stratificare stabilă Concentraţia de clorofilă a este variabilă icircn intervalul 002- 1gm2 cu o eliberare de oxigen de 1-10goră pentru fiecare gram de clorofilă

Ecosistemele de lumină Icircn această categorie de ecosisteme sunt incluse acele ecosisteme caracterizate de existenţa unor straturi vegetale cu o dezvoltare nesemnificativă pe verticală Cu alte cuvinte ele sunt din acest punct de vedere ecosisteme mono-strat

Exemple de astfel de ecosisteme sunt peliculele de alge sau cele de licheni culturile agricole (ecosisteme artificiale) mai ales icircn primele stadii de dezvoltare a vegetaţiei sau culturile experimentale expuse iluminării artificiale abundente Concentraţia de clorofilă a este similară cu aceea de la nivelul superior din ecosistemele stratificate 001-06gm2 1g de clorofilă fiind implicat icircn eliberarea a 8-40g oxigenoră

Există evident şi alte criterii de clasificare a ecosistemelor Spre exemplu pentru ecosistemele acvatice s-au luat icircn considerare principalele grupe de organisme acvatice (nectonul planctonul bentosul) sau domenii ale mediului acvatic cum sunt domeniul pelagial bental etc dar şi criteriul energetic (Tab 1) mai exact mărimea fluxului energetic prin ecosistem (Odum 1972)Cea mai importantă sursă energetică este evident energia radiantă solară Odată fixată de către plante energia icircncorporată icircn masa organică circulă icircn cadrul ecosistemului sau poate fi de asemenea trecută dintr-un ecosistem icircn altul printr-o serie de procese care includ migraţia animalelor vacircnătoare recoltarea plantelor fenomene de eroziune etc

41 Biotopul

Descrierea unui ecosistem se poate realiza prin raportarea la componenta abiotică a acestuia icircn primul racircnd sub aspectul fizionomiei şi tipologiei şi icircn al doilea racircnd din punctul de vedere al structurii sale spaţiale Se apreciază că icircn condiţii asemănătoare de viaţă se realizează structuri similare de specii icircn cadrul biocenozei Conceptul de biotop defineşte acel subsistem fundamental al ecosistemului care icircnglobează toţi factorii externi de natură abiotică ce afectează organismele vii Biotopul este deci substratul mediul fizico-chimic pe care sau icircn care populaţiile componente ale biocenozei comunităţile de plante animale şi microorganisme trăiesc se dezvoltă şi se reproduc

Caracterele particulare ale biotopului determină caracteristicile structurale şi funcţionale ale biocenozei asociate In mediul acvatic acest fapt este evident chiar dacă se ia icircn considerare fie şi numai morfologia biotopului S-a remarcat icircn acest sens faptul că recife artificiale pot modifica structura biocenozei şi productivitatea biologică locală a unor ecosisteme marine şi oceanice prin apariţia unor habitate specifice care vor constitui suportul pentru o creştere a diversităţii biologice De exemplu creşterea productivităţii piscicole icircn astfel de ecosisteme acvatice este atacirct de importantă cantitativ icircncacirct metoda introducerii recifelor artificiale este frecvent utilizată icircn pescăriile marine şi oceanice reprezentacircnd un succes evident al ecologiei aplicate

Cele mai multe specii sunt supuse presiunii mediului abiotic cel puţin icircn anumite zone geografice ale arealului lor prin acţiunea factorilor mediului abiotic cum sunt climatul apa lumina substanţele minerale Nici o specie nu este adaptată să supravieţuiască icircn toate condiţiile existente pe Pămacircnt Toate speciile au limite specifice de toleranţa la acţiunea factorilor fizici şi chimici care afectează direct sau indirect succesul supravieţuirii şi reproducerii acestora Intervalul de valori cuprins icircn icircntregul spectru de variaţie a factorilor abiotici icircn care speciile pot supravieţui şi persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleranţă iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleranţă Valorile factorilor abiotici cuprinse icircn intervalul de toleranţă la care speciile sau populaţiile funcţionează icircn modul cel mai eficient alcătuiesc intervalul optim (optimul dezvoltării)

Chimistul german Liebig (1840) a lansat ipoteza considerată multă vreme un principiu ecologic fundamental că organismele vii sunt icircn general limitate de către acţiunea unui singur factor al biotopului care este insuficient icircn comparaţie cu necesităţile acestora La acel moment ecologii au considerat această idee atacirct de interesantă icircncacirct au denumit-o legea minimului sau legea minimului lui Liebig icircncercacircnd totodată să determine acel singur factor care limitează creşterea şi dezvoltarea speciilor

Mai tacircrziu multe studii au relevat faptul că acest concept nu este adecvat pentru a putea explica limitele de distribuţie pentru cele mai multe specii sau oricum explicaţia este prea simplistă

S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici interacţiunea acestora potenţacircnd sau diminuacircnd efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat

411 Factorii mediului abiotic

Din punct de vedere a modului lor de acţiune şi al efectelor pe care variaţiile factorilor mediului abiotic le produc asupra funcţionării speciilor din biocenoză se poate considera că principalii factori fizico-chimici se pot manifesta icircn două moduri distincte

O manifestare a fluctuaţiei valorilor acestora icircntr-un anumit interval cu o anume amplitudine şi o periodicitate bine definită deci o manifestare bdquonormalardquo conduce la fenomene cum sunt ciclul nictemeral (alternanţa noapte-zi) succesiunea anotimpurilor mareele etc la care speciile sunt adaptate

Acest tip de fluctuaţii ale factorilor abiotici sunt fie benefice pentru populaţii fie uşor de suportat de către acestea Un alt tip de manifestare a acţiunii factorilor abiotici ai mediului este reprezentat de fluctuaţia icircntacircmplătoare a acestora şi icircnregistrarea unor valori bdquoanormalerdquo ale amplitudinii variaţiei lor dincolo de limitele obişnuite Acest tip de acţiune perturbă activitatea normală a ecosistemului şi are de regulă efecte nefaste asupra populaţiilor din biocenoză

Exemple de astfel de bdquoanomaliirdquo icircn manifestarea factorilor de mediu pot fi temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate care depăşesc flagrant media maximelor sau minimelor termice precipitaţii extrem de abundente (inundaţii catastrofale) perioade de secetă prelungită furtuni deosebit de puternice erupţii vulcanice etc

Principala deosebire icircntre cele două moduri de manifestare a factorilor abiotici mediali constă icircn efectele pe care le produc asupra populaţiilor naturale Icircn cazul icircn care factorii fluctuează icircn limite normale speciile se adaptează şi efectele sunt benefice neutre sau afectează icircn mod nesemnificativ efectivele populaţiilor

Icircn cazul extrem cacircnd amplitudinea variaţiei factorilor de mediu este extrem de mare efectul lor aspra biocenozei este deosebit de semnificativ şi se exprimă prin scăderea efectivelor populaţiilor uneori pacircnă la valori ale numărului de indivizi care permit cu dificultate refacerea efectivului iniţial iar icircn cazuri extreme pot conduce la dispariţia populaţiilor

4111 Lumina solară

Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară Desigur există şi alte surse luminoase sau calorice cum sunt lumina artificială lumina de natură biologică energia geotermică dar impactul global al acestora asupra ecosferei este limitat accidental sau de importanţă locală Soarele este deci cea mai importantă sursă de energie pentru derularea activităţii normale la nivelul majorităţii ecosistemelor lumina solară manifestacircndu-şi rolul energetic fundamental icircn procesul de fotosinteză prin care plantele produc substanţă organică pornind de la elemente minerale

Lumina vizibilă perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio microundele radiaţiile infraroşii lumina vizibilă radiaţiile ultraviolete radiaţiile x şi radiaţiile gamma

Energia solară este energia radiantă produsă de Soare ca urmare a reacţiilor de fuziune nucleară ce se produc icircn interiorul acestei stele presupunacircnd fuziunea a două nuclee uşoare de hidrogen care determină

apariţia unor nuclee grele de deuteriu ( 12 H ) Deuteriul se combină după reacţia

12 H+1

2 Hrarr23 He+0

1 n+32 MeV

din care rezultă heliu un neutron liber şi o cantitate de energie de 32 MeV ceea ce icircnseamnă 51 10 -

13 J sau 12 10-13 calorii Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu

atmosfera şi suprafaţa pămacircntului Cantitatea de energie solară care ajunge la nivelul superior al atmosferei terestre considerată atunci cacircnd Pămacircntul se află la distanţa medie faţă de Soare este cunoscută sub denumirea de constantă solară şi are valoarea medie de 137 106 erg sec şi cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut şi cm2 Deşi intensitatea radiaţiei solare nu este constantă variaţia acesteia este destul de redusă fiind estimată la circa 02 icircntr-un interval de timp de 30 ani Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pămacircntului este mai redusă decacirct valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră

Cantitatea de energie incidentă este diferită icircn funcţie de momentul zilei sezon şi poziţia geografică Din cantitatea totală de 25 1018 calorii pe minut care pătrunde icircn atmosfera terestră la suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 16 calcm2 şi pe minut Valorile ce se icircnregistrează la diferite latitudini sunt foarte diferite şi au următoarele valori medii anuale icircn zonele nordice 40 000 ndash 50 000 calcm2 icircn zonele temperate 80 000 ndash 15 000 calcm2 icircn zonele tropicale mai mult de 200 000 calcm2

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse icircntre 1 Ǻ ( Angstrom 1 Ǻ = 10 -10m) şi cacircţiva kilometri (icircn cazul undelor radio lungi) Cea mai mare pondere din energia solară incidentă o deţin icircnsă radiaţiile cu lungimi de undă cuprinse icircntre 02 10-6 şi 4 10-6 metri

Radiaţiile vizibile ale spectrului solar reprezintă aproximativ 42 procente Acestea sunt radiaţiile care permit organului vizual al animalelor să vizualizeze mediul icircnconjurător asiguracircnd astfel comunicarea vizuală dintre acestea şi orientarea icircn cadrul habitatului Din zona vizibilă a spectrului icircn procesul de fotosinteză se utilizează numai aproximativ 21 din energia solară

La nivelul ecosistemelor acvatice energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 14 1012 calorii pe minut Din această energie o cantitate variabilă icircntre 3 şi 40 este reflectată de suprafaţa apei icircn funcţie de unghiul de incidenţă şi de gradul de agitaţie al suprafeţei luciului de apă

Apa absoarbe lumina icircn mod diferit icircn funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare şi icircn consecinţă tipul de lumină care pătrunde icircn diverse orizonturi acvatice este diferit Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid icircn timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde uneori pacircnă la 1000 m adacircncime Radiaţiile bdquoverzirdquo ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante icircn cadrul fotosintezei clorofiliene De aceea icircn mări şi oceane la orizonturile la care pătrund aceste radiaţii plantele acvatice de genul algelor roşii care pot fi prezente pacircnă la adacircncimi de 500 m utilizează un pigment diferit de clorofilă un pigment roşu denumit ficoeritrină Icircn general spectrul luminii albe utilizabile de către plante icircn procesul de fotosinteză este caracterizat de o utilizare maximă a radiaţiilor albastre şi roşii şi de o utilizare minimă a radiaţiilor verzi Icircn figura 5 este reprezentat spectrul absorbţiei luminii de către ansamblul pigmenţilor implicaţi icircn procesul de fotosinteză exprimat icircn procente din lumina bdquoalbărdquo cu precizarea că diversele lungimi de undă sunt considerate a fi distribuite uniform icircn cadrul radiaţiei solare

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde icircn ecosistemele acvatice este diferită icircn funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie refracţie absorbţie şi dispersie Din acest motiv transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adacircncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante icircn procesul de fotosinteză

Icircn apele cu transparenţa de unu pacircnă la doi metri la adacircncimea de 1 m pătrunde numai 5 pacircnă la10 din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei iar la adacircncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0003 ndash 001 calcm2 şi minut

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 12: Introducere în ecologie

Ecosistemele de lumină Icircn această categorie de ecosisteme sunt incluse acele ecosisteme caracterizate de existenţa unor straturi vegetale cu o dezvoltare nesemnificativă pe verticală Cu alte cuvinte ele sunt din acest punct de vedere ecosisteme mono-strat

Exemple de astfel de ecosisteme sunt peliculele de alge sau cele de licheni culturile agricole (ecosisteme artificiale) mai ales icircn primele stadii de dezvoltare a vegetaţiei sau culturile experimentale expuse iluminării artificiale abundente Concentraţia de clorofilă a este similară cu aceea de la nivelul superior din ecosistemele stratificate 001-06gm2 1g de clorofilă fiind implicat icircn eliberarea a 8-40g oxigenoră

Există evident şi alte criterii de clasificare a ecosistemelor Spre exemplu pentru ecosistemele acvatice s-au luat icircn considerare principalele grupe de organisme acvatice (nectonul planctonul bentosul) sau domenii ale mediului acvatic cum sunt domeniul pelagial bental etc dar şi criteriul energetic (Tab 1) mai exact mărimea fluxului energetic prin ecosistem (Odum 1972)Cea mai importantă sursă energetică este evident energia radiantă solară Odată fixată de către plante energia icircncorporată icircn masa organică circulă icircn cadrul ecosistemului sau poate fi de asemenea trecută dintr-un ecosistem icircn altul printr-o serie de procese care includ migraţia animalelor vacircnătoare recoltarea plantelor fenomene de eroziune etc

41 Biotopul

Descrierea unui ecosistem se poate realiza prin raportarea la componenta abiotică a acestuia icircn primul racircnd sub aspectul fizionomiei şi tipologiei şi icircn al doilea racircnd din punctul de vedere al structurii sale spaţiale Se apreciază că icircn condiţii asemănătoare de viaţă se realizează structuri similare de specii icircn cadrul biocenozei Conceptul de biotop defineşte acel subsistem fundamental al ecosistemului care icircnglobează toţi factorii externi de natură abiotică ce afectează organismele vii Biotopul este deci substratul mediul fizico-chimic pe care sau icircn care populaţiile componente ale biocenozei comunităţile de plante animale şi microorganisme trăiesc se dezvoltă şi se reproduc

Caracterele particulare ale biotopului determină caracteristicile structurale şi funcţionale ale biocenozei asociate In mediul acvatic acest fapt este evident chiar dacă se ia icircn considerare fie şi numai morfologia biotopului S-a remarcat icircn acest sens faptul că recife artificiale pot modifica structura biocenozei şi productivitatea biologică locală a unor ecosisteme marine şi oceanice prin apariţia unor habitate specifice care vor constitui suportul pentru o creştere a diversităţii biologice De exemplu creşterea productivităţii piscicole icircn astfel de ecosisteme acvatice este atacirct de importantă cantitativ icircncacirct metoda introducerii recifelor artificiale este frecvent utilizată icircn pescăriile marine şi oceanice reprezentacircnd un succes evident al ecologiei aplicate

Cele mai multe specii sunt supuse presiunii mediului abiotic cel puţin icircn anumite zone geografice ale arealului lor prin acţiunea factorilor mediului abiotic cum sunt climatul apa lumina substanţele minerale Nici o specie nu este adaptată să supravieţuiască icircn toate condiţiile existente pe Pămacircnt Toate speciile au limite specifice de toleranţa la acţiunea factorilor fizici şi chimici care afectează direct sau indirect succesul supravieţuirii şi reproducerii acestora Intervalul de valori cuprins icircn icircntregul spectru de variaţie a factorilor abiotici icircn care speciile pot supravieţui şi persista este cunoscut sub denumirea de interval de toleranţă iar limitele extreme ale acestuia sunt denumite limite de toleranţă Valorile factorilor abiotici cuprinse icircn intervalul de toleranţă la care speciile sau populaţiile funcţionează icircn modul cel mai eficient alcătuiesc intervalul optim (optimul dezvoltării)

Chimistul german Liebig (1840) a lansat ipoteza considerată multă vreme un principiu ecologic fundamental că organismele vii sunt icircn general limitate de către acţiunea unui singur factor al biotopului care este insuficient icircn comparaţie cu necesităţile acestora La acel moment ecologii au considerat această idee atacirct de interesantă icircncacirct au denumit-o legea minimului sau legea minimului lui Liebig icircncercacircnd totodată să determine acel singur factor care limitează creşterea şi dezvoltarea speciilor

Mai tacircrziu multe studii au relevat faptul că acest concept nu este adecvat pentru a putea explica limitele de distribuţie pentru cele mai multe specii sau oricum explicaţia este prea simplistă

S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici interacţiunea acestora potenţacircnd sau diminuacircnd efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat

411 Factorii mediului abiotic

Din punct de vedere a modului lor de acţiune şi al efectelor pe care variaţiile factorilor mediului abiotic le produc asupra funcţionării speciilor din biocenoză se poate considera că principalii factori fizico-chimici se pot manifesta icircn două moduri distincte

O manifestare a fluctuaţiei valorilor acestora icircntr-un anumit interval cu o anume amplitudine şi o periodicitate bine definită deci o manifestare bdquonormalardquo conduce la fenomene cum sunt ciclul nictemeral (alternanţa noapte-zi) succesiunea anotimpurilor mareele etc la care speciile sunt adaptate

Acest tip de fluctuaţii ale factorilor abiotici sunt fie benefice pentru populaţii fie uşor de suportat de către acestea Un alt tip de manifestare a acţiunii factorilor abiotici ai mediului este reprezentat de fluctuaţia icircntacircmplătoare a acestora şi icircnregistrarea unor valori bdquoanormalerdquo ale amplitudinii variaţiei lor dincolo de limitele obişnuite Acest tip de acţiune perturbă activitatea normală a ecosistemului şi are de regulă efecte nefaste asupra populaţiilor din biocenoză

Exemple de astfel de bdquoanomaliirdquo icircn manifestarea factorilor de mediu pot fi temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate care depăşesc flagrant media maximelor sau minimelor termice precipitaţii extrem de abundente (inundaţii catastrofale) perioade de secetă prelungită furtuni deosebit de puternice erupţii vulcanice etc

Principala deosebire icircntre cele două moduri de manifestare a factorilor abiotici mediali constă icircn efectele pe care le produc asupra populaţiilor naturale Icircn cazul icircn care factorii fluctuează icircn limite normale speciile se adaptează şi efectele sunt benefice neutre sau afectează icircn mod nesemnificativ efectivele populaţiilor

Icircn cazul extrem cacircnd amplitudinea variaţiei factorilor de mediu este extrem de mare efectul lor aspra biocenozei este deosebit de semnificativ şi se exprimă prin scăderea efectivelor populaţiilor uneori pacircnă la valori ale numărului de indivizi care permit cu dificultate refacerea efectivului iniţial iar icircn cazuri extreme pot conduce la dispariţia populaţiilor

4111 Lumina solară

Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară Desigur există şi alte surse luminoase sau calorice cum sunt lumina artificială lumina de natură biologică energia geotermică dar impactul global al acestora asupra ecosferei este limitat accidental sau de importanţă locală Soarele este deci cea mai importantă sursă de energie pentru derularea activităţii normale la nivelul majorităţii ecosistemelor lumina solară manifestacircndu-şi rolul energetic fundamental icircn procesul de fotosinteză prin care plantele produc substanţă organică pornind de la elemente minerale

Lumina vizibilă perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio microundele radiaţiile infraroşii lumina vizibilă radiaţiile ultraviolete radiaţiile x şi radiaţiile gamma

Energia solară este energia radiantă produsă de Soare ca urmare a reacţiilor de fuziune nucleară ce se produc icircn interiorul acestei stele presupunacircnd fuziunea a două nuclee uşoare de hidrogen care determină

apariţia unor nuclee grele de deuteriu ( 12 H ) Deuteriul se combină după reacţia

12 H+1

2 Hrarr23 He+0

1 n+32 MeV

din care rezultă heliu un neutron liber şi o cantitate de energie de 32 MeV ceea ce icircnseamnă 51 10 -

13 J sau 12 10-13 calorii Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu

atmosfera şi suprafaţa pămacircntului Cantitatea de energie solară care ajunge la nivelul superior al atmosferei terestre considerată atunci cacircnd Pămacircntul se află la distanţa medie faţă de Soare este cunoscută sub denumirea de constantă solară şi are valoarea medie de 137 106 erg sec şi cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut şi cm2 Deşi intensitatea radiaţiei solare nu este constantă variaţia acesteia este destul de redusă fiind estimată la circa 02 icircntr-un interval de timp de 30 ani Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pămacircntului este mai redusă decacirct valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră

Cantitatea de energie incidentă este diferită icircn funcţie de momentul zilei sezon şi poziţia geografică Din cantitatea totală de 25 1018 calorii pe minut care pătrunde icircn atmosfera terestră la suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 16 calcm2 şi pe minut Valorile ce se icircnregistrează la diferite latitudini sunt foarte diferite şi au următoarele valori medii anuale icircn zonele nordice 40 000 ndash 50 000 calcm2 icircn zonele temperate 80 000 ndash 15 000 calcm2 icircn zonele tropicale mai mult de 200 000 calcm2

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse icircntre 1 Ǻ ( Angstrom 1 Ǻ = 10 -10m) şi cacircţiva kilometri (icircn cazul undelor radio lungi) Cea mai mare pondere din energia solară incidentă o deţin icircnsă radiaţiile cu lungimi de undă cuprinse icircntre 02 10-6 şi 4 10-6 metri

Radiaţiile vizibile ale spectrului solar reprezintă aproximativ 42 procente Acestea sunt radiaţiile care permit organului vizual al animalelor să vizualizeze mediul icircnconjurător asiguracircnd astfel comunicarea vizuală dintre acestea şi orientarea icircn cadrul habitatului Din zona vizibilă a spectrului icircn procesul de fotosinteză se utilizează numai aproximativ 21 din energia solară

La nivelul ecosistemelor acvatice energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 14 1012 calorii pe minut Din această energie o cantitate variabilă icircntre 3 şi 40 este reflectată de suprafaţa apei icircn funcţie de unghiul de incidenţă şi de gradul de agitaţie al suprafeţei luciului de apă

Apa absoarbe lumina icircn mod diferit icircn funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare şi icircn consecinţă tipul de lumină care pătrunde icircn diverse orizonturi acvatice este diferit Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid icircn timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde uneori pacircnă la 1000 m adacircncime Radiaţiile bdquoverzirdquo ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante icircn cadrul fotosintezei clorofiliene De aceea icircn mări şi oceane la orizonturile la care pătrund aceste radiaţii plantele acvatice de genul algelor roşii care pot fi prezente pacircnă la adacircncimi de 500 m utilizează un pigment diferit de clorofilă un pigment roşu denumit ficoeritrină Icircn general spectrul luminii albe utilizabile de către plante icircn procesul de fotosinteză este caracterizat de o utilizare maximă a radiaţiilor albastre şi roşii şi de o utilizare minimă a radiaţiilor verzi Icircn figura 5 este reprezentat spectrul absorbţiei luminii de către ansamblul pigmenţilor implicaţi icircn procesul de fotosinteză exprimat icircn procente din lumina bdquoalbărdquo cu precizarea că diversele lungimi de undă sunt considerate a fi distribuite uniform icircn cadrul radiaţiei solare

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde icircn ecosistemele acvatice este diferită icircn funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie refracţie absorbţie şi dispersie Din acest motiv transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adacircncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante icircn procesul de fotosinteză

Icircn apele cu transparenţa de unu pacircnă la doi metri la adacircncimea de 1 m pătrunde numai 5 pacircnă la10 din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei iar la adacircncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0003 ndash 001 calcm2 şi minut

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 13: Introducere în ecologie

S-a demonstrat că distribuţia şi existenţa speciilor este determinată de un complex de interacţiuni dintre mai mulţi factori fizico-chimici interacţiunea acestora potenţacircnd sau diminuacircnd efectul cumulat al fiecărui factor considerat separat

411 Factorii mediului abiotic

Din punct de vedere a modului lor de acţiune şi al efectelor pe care variaţiile factorilor mediului abiotic le produc asupra funcţionării speciilor din biocenoză se poate considera că principalii factori fizico-chimici se pot manifesta icircn două moduri distincte

O manifestare a fluctuaţiei valorilor acestora icircntr-un anumit interval cu o anume amplitudine şi o periodicitate bine definită deci o manifestare bdquonormalardquo conduce la fenomene cum sunt ciclul nictemeral (alternanţa noapte-zi) succesiunea anotimpurilor mareele etc la care speciile sunt adaptate

Acest tip de fluctuaţii ale factorilor abiotici sunt fie benefice pentru populaţii fie uşor de suportat de către acestea Un alt tip de manifestare a acţiunii factorilor abiotici ai mediului este reprezentat de fluctuaţia icircntacircmplătoare a acestora şi icircnregistrarea unor valori bdquoanormalerdquo ale amplitudinii variaţiei lor dincolo de limitele obişnuite Acest tip de acţiune perturbă activitatea normală a ecosistemului şi are de regulă efecte nefaste asupra populaţiilor din biocenoză

Exemple de astfel de bdquoanomaliirdquo icircn manifestarea factorilor de mediu pot fi temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate care depăşesc flagrant media maximelor sau minimelor termice precipitaţii extrem de abundente (inundaţii catastrofale) perioade de secetă prelungită furtuni deosebit de puternice erupţii vulcanice etc

Principala deosebire icircntre cele două moduri de manifestare a factorilor abiotici mediali constă icircn efectele pe care le produc asupra populaţiilor naturale Icircn cazul icircn care factorii fluctuează icircn limite normale speciile se adaptează şi efectele sunt benefice neutre sau afectează icircn mod nesemnificativ efectivele populaţiilor

Icircn cazul extrem cacircnd amplitudinea variaţiei factorilor de mediu este extrem de mare efectul lor aspra biocenozei este deosebit de semnificativ şi se exprimă prin scăderea efectivelor populaţiilor uneori pacircnă la valori ale numărului de indivizi care permit cu dificultate refacerea efectivului iniţial iar icircn cazuri extreme pot conduce la dispariţia populaţiilor

4111 Lumina solară

Principala sursă de lumină şi energie termică pentru ecosistemele naturale este reprezentată de radiaţia solară Desigur există şi alte surse luminoase sau calorice cum sunt lumina artificială lumina de natură biologică energia geotermică dar impactul global al acestora asupra ecosferei este limitat accidental sau de importanţă locală Soarele este deci cea mai importantă sursă de energie pentru derularea activităţii normale la nivelul majorităţii ecosistemelor lumina solară manifestacircndu-şi rolul energetic fundamental icircn procesul de fotosinteză prin care plantele produc substanţă organică pornind de la elemente minerale

Lumina vizibilă perceptibilă de organele de simţ ale organismelor este numai o fracţiune din spectrul larg al radiaţiei electromagnetice care include undele radio microundele radiaţiile infraroşii lumina vizibilă radiaţiile ultraviolete radiaţiile x şi radiaţiile gamma

Energia solară este energia radiantă produsă de Soare ca urmare a reacţiilor de fuziune nucleară ce se produc icircn interiorul acestei stele presupunacircnd fuziunea a două nuclee uşoare de hidrogen care determină

apariţia unor nuclee grele de deuteriu ( 12 H ) Deuteriul se combină după reacţia

12 H+1

2 Hrarr23 He+0

1 n+32 MeV

din care rezultă heliu un neutron liber şi o cantitate de energie de 32 MeV ceea ce icircnseamnă 51 10 -

13 J sau 12 10-13 calorii Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu

atmosfera şi suprafaţa pămacircntului Cantitatea de energie solară care ajunge la nivelul superior al atmosferei terestre considerată atunci cacircnd Pămacircntul se află la distanţa medie faţă de Soare este cunoscută sub denumirea de constantă solară şi are valoarea medie de 137 106 erg sec şi cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut şi cm2 Deşi intensitatea radiaţiei solare nu este constantă variaţia acesteia este destul de redusă fiind estimată la circa 02 icircntr-un interval de timp de 30 ani Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pămacircntului este mai redusă decacirct valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră

Cantitatea de energie incidentă este diferită icircn funcţie de momentul zilei sezon şi poziţia geografică Din cantitatea totală de 25 1018 calorii pe minut care pătrunde icircn atmosfera terestră la suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 16 calcm2 şi pe minut Valorile ce se icircnregistrează la diferite latitudini sunt foarte diferite şi au următoarele valori medii anuale icircn zonele nordice 40 000 ndash 50 000 calcm2 icircn zonele temperate 80 000 ndash 15 000 calcm2 icircn zonele tropicale mai mult de 200 000 calcm2

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse icircntre 1 Ǻ ( Angstrom 1 Ǻ = 10 -10m) şi cacircţiva kilometri (icircn cazul undelor radio lungi) Cea mai mare pondere din energia solară incidentă o deţin icircnsă radiaţiile cu lungimi de undă cuprinse icircntre 02 10-6 şi 4 10-6 metri

Radiaţiile vizibile ale spectrului solar reprezintă aproximativ 42 procente Acestea sunt radiaţiile care permit organului vizual al animalelor să vizualizeze mediul icircnconjurător asiguracircnd astfel comunicarea vizuală dintre acestea şi orientarea icircn cadrul habitatului Din zona vizibilă a spectrului icircn procesul de fotosinteză se utilizează numai aproximativ 21 din energia solară

La nivelul ecosistemelor acvatice energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 14 1012 calorii pe minut Din această energie o cantitate variabilă icircntre 3 şi 40 este reflectată de suprafaţa apei icircn funcţie de unghiul de incidenţă şi de gradul de agitaţie al suprafeţei luciului de apă

Apa absoarbe lumina icircn mod diferit icircn funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare şi icircn consecinţă tipul de lumină care pătrunde icircn diverse orizonturi acvatice este diferit Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid icircn timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde uneori pacircnă la 1000 m adacircncime Radiaţiile bdquoverzirdquo ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante icircn cadrul fotosintezei clorofiliene De aceea icircn mări şi oceane la orizonturile la care pătrund aceste radiaţii plantele acvatice de genul algelor roşii care pot fi prezente pacircnă la adacircncimi de 500 m utilizează un pigment diferit de clorofilă un pigment roşu denumit ficoeritrină Icircn general spectrul luminii albe utilizabile de către plante icircn procesul de fotosinteză este caracterizat de o utilizare maximă a radiaţiilor albastre şi roşii şi de o utilizare minimă a radiaţiilor verzi Icircn figura 5 este reprezentat spectrul absorbţiei luminii de către ansamblul pigmenţilor implicaţi icircn procesul de fotosinteză exprimat icircn procente din lumina bdquoalbărdquo cu precizarea că diversele lungimi de undă sunt considerate a fi distribuite uniform icircn cadrul radiaţiei solare

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde icircn ecosistemele acvatice este diferită icircn funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie refracţie absorbţie şi dispersie Din acest motiv transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adacircncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante icircn procesul de fotosinteză

Icircn apele cu transparenţa de unu pacircnă la doi metri la adacircncimea de 1 m pătrunde numai 5 pacircnă la10 din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei iar la adacircncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0003 ndash 001 calcm2 şi minut

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 14: Introducere în ecologie

12 H+1

2 Hrarr23 He+0

1 n+32 MeV

din care rezultă heliu un neutron liber şi o cantitate de energie de 32 MeV ceea ce icircnseamnă 51 10 -

13 J sau 12 10-13 calorii Energia solară parcurge spaţiul sub formă de cuante de energie numite fotoni care interacţionează cu

atmosfera şi suprafaţa pămacircntului Cantitatea de energie solară care ajunge la nivelul superior al atmosferei terestre considerată atunci cacircnd Pămacircntul se află la distanţa medie faţă de Soare este cunoscută sub denumirea de constantă solară şi are valoarea medie de 137 106 erg sec şi cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut şi cm2 Deşi intensitatea radiaţiei solare nu este constantă variaţia acesteia este destul de redusă fiind estimată la circa 02 icircntr-un interval de timp de 30 ani Energia solară care ajunge la nivelul suprafeţei Pămacircntului este mai redusă decacirct valoarea constantei solare datorită absorbţiei şi dispersiei acesteia ca urmare a interacţiunii fotonilor cu atmosfera terestră

Cantitatea de energie incidentă este diferită icircn funcţie de momentul zilei sezon şi poziţia geografică Din cantitatea totală de 25 1018 calorii pe minut care pătrunde icircn atmosfera terestră la suprafaţa scoarţei terestre energia solară are valoarea medie globală de 16 calcm2 şi pe minut Valorile ce se icircnregistrează la diferite latitudini sunt foarte diferite şi au următoarele valori medii anuale icircn zonele nordice 40 000 ndash 50 000 calcm2 icircn zonele temperate 80 000 ndash 15 000 calcm2 icircn zonele tropicale mai mult de 200 000 calcm2

Radiaţia solară are lungimi de undă cuprinse icircntre 1 Ǻ ( Angstrom 1 Ǻ = 10 -10m) şi cacircţiva kilometri (icircn cazul undelor radio lungi) Cea mai mare pondere din energia solară incidentă o deţin icircnsă radiaţiile cu lungimi de undă cuprinse icircntre 02 10-6 şi 4 10-6 metri

Radiaţiile vizibile ale spectrului solar reprezintă aproximativ 42 procente Acestea sunt radiaţiile care permit organului vizual al animalelor să vizualizeze mediul icircnconjurător asiguracircnd astfel comunicarea vizuală dintre acestea şi orientarea icircn cadrul habitatului Din zona vizibilă a spectrului icircn procesul de fotosinteză se utilizează numai aproximativ 21 din energia solară

La nivelul ecosistemelor acvatice energia solară totală incidentă la suprafaţa apei are o valoare medie estimată de 14 1012 calorii pe minut Din această energie o cantitate variabilă icircntre 3 şi 40 este reflectată de suprafaţa apei icircn funcţie de unghiul de incidenţă şi de gradul de agitaţie al suprafeţei luciului de apă

Apa absoarbe lumina icircn mod diferit icircn funcţie de lungimea de undă a radiaţiei solare şi icircn consecinţă tipul de lumină care pătrunde icircn diverse orizonturi acvatice este diferit Radiaţiile din sectorul roşu al spectrului solar sunt absorbite mai rapid icircn timp ce radiaţiile din sectoarele albastru şi verde penetrează orizonturi mai profunde uneori pacircnă la 1000 m adacircncime Radiaţiile bdquoverzirdquo ale spectrului luminii solare nu sunt foarte bine utilizate de plante icircn cadrul fotosintezei clorofiliene De aceea icircn mări şi oceane la orizonturile la care pătrund aceste radiaţii plantele acvatice de genul algelor roşii care pot fi prezente pacircnă la adacircncimi de 500 m utilizează un pigment diferit de clorofilă un pigment roşu denumit ficoeritrină Icircn general spectrul luminii albe utilizabile de către plante icircn procesul de fotosinteză este caracterizat de o utilizare maximă a radiaţiilor albastre şi roşii şi de o utilizare minimă a radiaţiilor verzi Icircn figura 5 este reprezentat spectrul absorbţiei luminii de către ansamblul pigmenţilor implicaţi icircn procesul de fotosinteză exprimat icircn procente din lumina bdquoalbărdquo cu precizarea că diversele lungimi de undă sunt considerate a fi distribuite uniform icircn cadrul radiaţiei solare

Cantitatea şi calitatea radiaţiei luminoase care pătrunde icircn ecosistemele acvatice este diferită icircn funcţie de intensitatea fenomenelor de reflecţie refracţie absorbţie şi dispersie Din acest motiv transparenţa apei are un rol deosebit deoarece valoarea acesteia condiţionează adacircncimea maximă la care lumina solară poate fi utilizată de către plante icircn procesul de fotosinteză

Icircn apele cu transparenţa de unu pacircnă la doi metri la adacircncimea de 1 m pătrunde numai 5 pacircnă la10 din totalul energiei solare incidente la suprafaţa apei iar la adacircncimea de 2 m cantitatea de energie care ajunge la acest orizont acvatic reprezintă numai 0003 ndash 001 calcm2 şi minut

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 15: Introducere în ecologie

Pentru determinarea transparenţei apei se utilizează icircn mod frecvent un instrument simplu dar foarte eficient pentru determinări de rutină denumit discul lui Secchi care constă icircntr-un disc de culoare albă suspendat de un cablu prin intermediul căruia poate fi coboracirct icircn apă la diferite adacircncimi Aprecierea gradului de transparenţă a apei prin intermediul acestui instrument se bazează pe faptul empiric demonstrat că discul dispare din vedere atunci cacircnd este imersat la o adacircncime Z(S) la care lumina solară care atinge acest orizont acvatic reprezintă numai 18 ndash 20 din lumina solară incidentă la suprafaţa apei

Dacă se consideră că discul dispare la orizontul la care ajunge numai 18 din lumina solară incidentă atunci valoarea 286 se icircnlocuieşte cu valoarea 268 rezultată dintr-un calcul similar

Există numeroase adaptări ale plantelor la fluctuaţia intensităţii radiaţiei solare sau la deficitul de lumină Acestea se realizează prin mecanisme diferite dintre care cele mai numeroase se referă la

- modificări ale complexului pigmentar- modificarea vitezei de reacţie a aparatului pigmentar- diferenţierea cantitativă a structurii pigmenţilor fotosintetizatoriSpre exemplu la algele marine al căror habitat are un deficit de lumină cantitatea de pigmenţi

implicaţi icircn procesul de fotosinteză este mai mare decacirct a plantelor similare aflate icircn zone mai bine expuse la lumina solară Radiaţia ultravioletă crescută poate conduce la scăderea concentraţiei clorofilei şi deci la icircncetinirea ritmului acumulării de biomasă

Dacă pentru plante funcţia energetică a luminii este esenţială icircn cazul animalelor pe lacircngă rolul energetic lumina solară are şi o importanţă icircn ceea ce priveşte modul de percepere şi transmitere a informaţiilor Rolul informaţional al luminii mai ales al radiaţiilor din spectrul vizibil este mai evident icircn activitatea animalelor Lumina permite animalelor să perceapă mediul icircnconjurător să primească şi să transmită informaţii prin identificarea spaţiului formelor culorilor şi mişcării fapt ce determină anumite comportamente activităţi şi relaţii ale animalelor cu alte componente ale mediului icircnconjurător Adaptări ale animalelor cum sunt mimetismul homocromia imitaţia fenomenul de bioluminiscenţă etc nu ar fi posibile fără sensibilitatea animalelor faţă de lumină

Emisia de lumină de către organismele vii este un fenomen extrem de interesant cunoscut sub numele generic de bioluminiscenţă Fenomenul este mult mai frecvent icircntacirclnit la animalele din mediul acvatic unde există sute de specii de animale care pot să producă lumină Constantinov (1972) inventariază aproximativ 50 specii de protozoare 100 specii de celenterate 150 specii de moluşte 140 specii de crustacee şi mai mult de 100 de specii de peşti capabile de producerea luminii de natură biologică

Icircn procesul de producere a luminii de către animalele acvatice sunt implicate mecanisme biochimice ce presupun prezenţa oxigenului pentru oxidarea unei substanţe (luciferina) icircn prezenţa unei enzime (luciferaza) şi obţinerea unei substanţe cu proprietăţi luminiscente (oxiluciferina)

Alternanţa zi ndash noapte prezenţa absenţa sau abundenţa luminii icircn mediul acvatic determină comportamente specifice la diferite grupe de organisme Un exemplu interesant icircl reprezintă fenomenul de fotoperiodism un complex de reacţii ale organismelor la variaţia diurnă a luminii care condiţionează adevărate ritmuri nictemerale sau circadiene

Icircn principiu aceste ritmuri presupun o alternanţă a perioadelor de activitate cu perioade de repaus icircntr-un interval de 24 ore ce pot determina icircn bună parte modul icircn care se derulează activitatea icircn cadrul ecosistemului

Icircn ecosistemele acvatice lacustre precum şi icircn cele maritime producţia primară (fotosintetică) se realizează icircn timpul zilei icircn timp ce consumul fitoplanctonului de către zooplanctonul fitofag (specializat icircn consumul de alge microscopice) se realizează icircn mare măsură pe timpul nopţii Această alternanţă este specifică unui fenomen general cunoscut sub denumirea de migraţia nictemerală pe verticală a zooplanctonului

Zooplanctonul se menţine pe timpul nopţii icircn orizonturile superficiale ale apei şi migrează spre adacircncimi mai mari icircn timpul zilei Aceasta permite fitoplanctonului să se multiplice exponenţial pe parcursul zilei deoarece este consumat cu o rată mai mică de către zooplancton

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 16: Introducere în ecologie

Pe parcursul nopţii zooplanctonul revine spre zonele de suprafaţă consumacircnd fitoplanctonul dezvoltat icircn exces Icircn ziua următoare biomasa vegetală constituită de algele microscopice se va regenera şi astfel acest ciclu se repetă icircn permanenţă

Zooplanctonul de talie redusă va fi consumat mai ales icircn timpul nopţii de către animalele zooplanctonofage care pot efectua o migraţiune pe verticală defazată cu 12 ore consumacircnd icircn timpul zilei zooplanctonul şi retrăgacircndu-se pe perioada nopţii icircn ape mai adacircnci unde pot deveni prada unor consumatori de alt ordin icircncadracircndu-se astfel icircn lanţul trofic Global acest proces determină o migraţiune activă pe verticală şi icircn adacircncime a biomasei sintetizate la suprafaţă constituită de fitoplancton

Această migraţie este mai rapidă decacirct un simplu proces de sedimentare naturală (de scufundare) şi icircn plus este ritmică determinacircnd la fiecare nivel trofic atacirct producţia cacirct şi consumul

Acestor ritmuri ale migraţiei le sunt asociate uneori adaptări foarte specifice remarcacircndu-se coincidenţe icircntre ciclurile ontogenetice (implicate de dezvoltarea organismului considerat individual) migraţii şi regimul hidrologic al maselor de apă

Lumina determină de asemenea comportamente animale care pot fi icircncadrate icircn aşa numitul fenomen de fototropism Din acest punct de vedere plantele şi icircn special animalele pot reacţiona diferit

Se poate diferenţia un fenomen de fototropism pozitiv care descrie tendinţa organismelor de a se apropia de sursa de lumină precum şi un fenomen de fototropism negativ care reprezintă tendinţa animalelor de a se icircndepărta de lumină

4112 Temperatura

Temperatura ar pute fi definită ca o particularitatea a unui corp care determină transferul de căldură la sau de la alte corpuri Icircn altă accepţie temperatura este media energiei cinetice a moleculelor unei substanţe datorate agitaţiei termice

Din punct de vedere ecologic temperatura este icircn general o consecinţă a manifestării radiaţiei solare prin componenta ei calorică şi reprezintă un factor limitativ manifestat mai ales icircn diferite tipuri de biomi icircn care pe lacircngă variaţiile diurne sau sezoniere cu caracter normal se pot icircnregistra abateri perturbatoare pentru biocenoze cum sunt sezoanele reci icircn care temperatura coboară extrem de mult sau sezoane calde cu temperaturi foarte ridicate

Acest tip de variaţii ale valorilor de temperatură implică modificări brutale ale condiţiilor mediale specifice populaţiilor naturale şi icircn plus se pot manifesta fie direct fie indirect icircn corelaţie cu alţi factori ecologici care pot potenţa efectele modificării temperaturii mediului

Ecologii admit că fiecărei specii icirci sunt caracteristice anumite limite de toleranţă la variaţiile de temperatură şi că icircn cadrul intervalului de valori cuprins icircntre aceste limite există valori optime pentru anumite faze de dezvoltare a organismelor Spre exemplu unele forme de rezistenţă ale unor organisme suportă valori de temperatură mult mai accentuate decacirct ar suporta organismele tipice

Intervalul de valori de temperatură suportabil de către unele specii poate fi considerat ca fiind cuprins icircntre valorile de ndash700C şi 900C pentru că există diverse specii de organisme capabile să reziste la aceste temperaturi extreme Majoritatea speciilor de plante şi animale suportă icircnsă temperaturi cuprinse icircntr-un interval mai restracircns de ndash200C pacircnă la 500C ci foarte mari diferenţe icircntre diversele zone geografice De aceea temperatura are un rol foarte important icircn răspacircndire şi distribuţia geografică a speciilor iar variaţiile de temperatură influenţează activitatea biocenozelor din aceleaşi zone geografice

Pentru studiile ecologice măsurarea temperaturii şi monitorizarea fluctuaţiilor acesteia sunt elemente de bază pentru caracterizarea biotopurilor Există mai multe scări (grade) de apreciere a valorilor de temperatură dintre care cele mai utilizate sunt Celsius şi Fahrenheit

Un grad Celsius reprezintă 1100 din diferenţa dintre temperatura la care gheaţa se topeşte şi temperatura la care apa fierbe icircn condiţii de presiune atmosferică standard (760 mm Hg presiune) Gradul Fahrenheit reprezintă 1180 iar gradul Reacuteaumur 180 din aceeaşi diferenţă de temperatură Scara fundamentală de temperatură este scara absolută scara termodinamică sau scara Kelvin icircn care

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 17: Introducere în ecologie

temperatura măsurată se bazează pe energia cinetică medie pe o moleculă a gazului perfect Temperatura zero a scării Kelvin este de ndash 273150C

Dacă vom considera temperatura optimă pentru o populaţie atunci ne vom referi la acea valoare sau mai precis acel interval de valori ale temperaturii la care procesele metabolice (cele care implică dezvoltarea creşterea şi reproducerea) ale indivizilor componenţi se derulează cu pierderi minime de energie deci de căldură

Există icircnsă diferenţe notabile icircntre valorile optime de temperatură pentru diferite specii Dacă pentru cele mai multe organisme aceste valori sunt situate icircn limite considerate normale de către specialişti există excepţii notabile care denotă marea plasticitate a manifestării vieţii icircn condiţii extrem de diverse

Un exemplu icircn acest sens icircl reprezintă organismele care preferă mediile cu temperaturi extrem de ridicate Specialiştii au fost foarte surprinşi să descopere organisme procariote care trăiau icircn izvoarele termale fierbinţi la temperaturi uneori mai mari decacirct punctul de fierbere al apei De altfel s-a demonstrat experimental că există unele organisme procariote care preferă temperaturile ridicate Sunt aşa numitele specii termofile extreme care se dezvoltă normal la temperaturi de circa 1150C adică valori la care se practică sterilizarea termică icircn unele activităţi umane

Cele mai multe specii sunt adaptate icircnsă la temperaturi la care procesele metabolice se derulează icircn mod normal adică la valori cuprinse icircntre 00C şi 500C Chiar icircn cadrul acestui interval dezvoltarea normală a unor specii se produce de la o anumită valoare a temperaturii cunoscută sub denumirea de temperatură zero a dezvoltării Indivizii speciei respective nu dispar obligatoriu la valori mai mici decacirct acest zero al dezvoltării dar icircncetează să se mai dezvolte cel puţin pacircnă la revenirea temperaturii la valori superioare

Valorile de temperatură superioare temperaturii zero a dezvoltării valori la care dezvoltarea organismelor se desfăşoară icircn mod normal sunt cunoscute şi sub numele de valori ale temperaturii eficiente Se consideră că un organism poate ajunge la realizarea scopului existenţei sale adică la maturitate sexuală şi reproducere numai dacă acumulează o anumită valoare a sumei temperaturilor eficiente considerate zilnic

Suma temperaturilor zilnice eficiente se poate calcula cu ajutorul relaţiei

Se=(T mminusT 0 )sdotN z

icircn careSe - suma temperaturilor zilnice eficiente exprimată icircn număr de gradezileTm - temperatura mediuluiT0 ndash temperatura zero a dezvoltăriiModul icircn care se realizează suma valorilor temperaturilor zilnice eficiente icircn funcţie de evoluţia

climei locale determină valoarea productivităţii biologice a unei populaţii prin creşterea numărului de generaţii icircntr-o perioadă de timp determinată ca urmare a atingerii diferenţiate a maturităţii sexuale Spre exemplu specialiştii ştiu că de regulă o specie de peşte cum este crapul comun (Cyprinus carpio Linnaeus 1758) atinge maturitatea sexuală la 2 ndash4 ani icircn funcţie de sex icircn condiţiile unui climat temperat Icircn unele zone caracterizate de un climat specific mai cald această specie poate ajunge uneori la maturitate sexuală cu un an mai repede (Ciolac 1997)

Necesitatea adaptării speciilor la fluctuaţiile temperaturii mediului şi la diverse valori ale acesteia a indus diferite modalităţi prin care se realizează acest imperativ Toate aceste mecanisme au ca scop final menţinerea echilibrului energetic la organismului icircn sensul că pierderile energetice vor trebui să fie icircn permanenţă compensate de intrările de energie la nivel metabolic Icircn acest sens adaptările organismelor sunt de natură morfologică fiziologică sau comportamentală

O relaţie icircntre temperatura medie a biotopului şi dimensiunile unor specii de organisme homeoterme icircn sensul că la un anumit grup de animale care trăiesc icircn zone climatice talia are dimensiuni mai mari decacirct talia unor organisme din zonele calde poartă denumirea de regula lui Bergman Această tendinţă

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 18: Introducere în ecologie

adaptativă poate fi explicată dacă se ţine conta de relaţia dintre dimensiunile liniare masa şi volumul unui corp

Se ştie că volumul creşte proporţional cu dimensiunile liniare la puterea a treia icircn timp ce masa creste proporţional cu dimensiunile la puterea a doua Cu alte cuvinte cu cacirct un animal va fi mai mare adică va avea un volum şi o masă mai mare cu atacirct suprafaţa relativă a corpului acestuia va fi mai redusă şi icircn consecinţă pierderile calorice vor fi mai reduse Deşi există numeroase corespondenţe cu situaţii reale pentru care această regulă se poate aplica există numeroase exemple care nu respectă regula ceea ce icircnseamnă că relaţia dintre talia organismelor şi temperatura mediului este mult mai complexă decacirct această corespondenţă directă

Adaptările fiziologice şi adaptările comportamentale care sunt implicate de procese fiziologice individuale pornesc de la o legitate de natură fizico-chimică Este demonstrat faptul că viteza reacţiilor chimice se dublează la fiecare creştere a temperaturii cu 100C Reacţiile biochimice care caracterizează metabolismul animal respectă icircntr-o oarecare măsură această legitate care presupune că intensitatea proceselor metabolice este icircn anumite limite proporţională cu temperatura Efectul acestei relaţii poate fi foarte important pentru organismele poichiloterme Icircn sezonul rece unele organisme cum sunt diferite specii de peşti din familia Cyprinidae (crapul comun carasul argintiu etc) reacţionează la valorile scăzute de temperatură a apei trecacircnd icircn stări fiziologice speciale cum este starea de amorţire sau iernatul peştilor Peştii se aglomerează icircn zone mai adacircnci şi nu se deplasează reducacircnd la minimum pierderile de energie datorate mişcării care nu pot fi compensate datorită inexistenţei surselor de hrănire

Evoluţia anormală a temperaturii icircn acest sezon adică o creştere a temperaturii apei icircn iernile mai calde determină ieşirea peştilor din starea de amorţire un metabolism mai activ şi implicit un consum de energie crescut care va trebui suportat din rezervele de substanţe energetice (grăsimi) acumulate in sezonul cald Ca urmare icircntr-o iarnă caldă peştii consumă mult mai repede rezervele energetice acumulate după care urmează inevitabil icircn lipsa resurselor nutritive icircnfometarea şi consumul icircn scop energetic a substanţelor proteice de constituţie Rezultatul este o scădere accentuată a masei corporale (se poate observa şi o uşoară diminuare a taliei) care poate depăşi icircn cazuri extreme limita de suportabilitate fiziologică şi conduce la o mortalitate icircn masă a peştilor mai ales dacă la acţiunea temperaturii se adaugă şi fluctuaţia defavorabilă a altor factori ai biotopului acvatic (concentraţia de oxigen solvit concentraţia de dioxid de carbon etc)

Pentru a se adapta la temperaturi extrem de scăzute organismele acvatice dezvoltă diferite modalităţi de evitare e efectelor acestora Spre exemplu larvele unor chironomide pot supravieţui icircn gheaţă prin existenţa unor mecanisme care le permite deshidratarea ţesuturilor şi deci scăderea punctului de icircngheţ implicată de creşterea presiunii osmotice la nivel celular Multe specii de alge monocelulare microscopice care alcătuiesc fitoplanctonul apelor oceanice reci de la latitudini mai mari sunt capabile de sinteza unor substanţe grase formate din acizi graşi cu un grad scăzut de saturare sau acizi graşi nesaturaţi care determină ca grăsimile să fie lichide şi deci punctul de să scadă

Un fenomen asemănător poate fi sesizat la multe specii (mai ales copepode) care intră icircn componenţa zooplanctonului din ecosistemele marine cu ape reci Acestea sunt capabile să sintetizeze lipide de genul cerurilor care au un rol de protecţie şi se constituie icircn rezerve energetice ce le permite să reziste la temperaturi scăzute (Benson şi Lee 1979)

Acest tip de adaptare la temperaturi scăzute care constă icircn principiu icircn producerea şi stocarea de substanţe grase constituite din acizi organici cu un grad mare de nesaturare poate fi icircntacirclnită la multe specii de peşti păsări sau mamifere acvatice sau terestre care populează zonele reci ale planetei

Pentru cele mai multe specii de animale temperatura este un factor capabil să declanşeze şi să condiţioneze procese ecologice importante pentru activitatea unor biocenoze Un astfel de proces este migraţia animalelor Dacă fenomenul migraţiei icircntacirclnit la multe specii de păsări la unele specii de mamifere ierbivore gregare poate fi explicat de necesitatea deplasării pentru găsirea unor noi surse de hrană migraţia unor specii de peşti este condiţionată şi de temperatură Un exemplu icircl poate reprezenta scrumbia de Dunăre Fiind un reprezentant al migratorilor anadromi scrumbia de Dunăre urcă din mare pe fluviu pentru reproducere numai icircn perioada icircn care temperatura apei Dunării se stabilizează icircn intervalul de temperatura de 5 ndash 60C (Ciolac 1995)

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 19: Introducere în ecologie

4113 Apa

Apa reprezintă atacirct un factor al mediului abiotic atunci cacircnd ne referim la ecosistemele terestre dar formează efectiv biotopul ecosistemelor acvatice mediul abiotic icircn care organismele acvatice trăiesc

Ca substanţă chimică apa are cacircteva caracteristici de natură fizico-chimică ce icirci conferă proprietăţi cu implicaţii fundamentale asupra vieţii pe Pămacircnt Apa este de fapt starea lichidă a unui amestec de două elemente două volume de hidrogen şi un volum de oxigen fapt exprimat prin formula H 2O şi dovedit ştiinţific icircn 1804 concomitent de către doi oameni de ştiinţă chimistul francez Joseph Louis-Gay Lussac şi naturalistul german Alexander von Humboldt

O moleculă de apă este formată deci din un atom de oxigen doi atomi de hidrogen care sunt astfel aranjaţi icircn moleculă icircncacirct formează icircntre ei un unghi de aproximativ 105 grade Un unghi similar icircl formează icircn molecula de apă şi două perechi de electroni situaţi icircntr-un plan perpendicular cu cel icircn care s-a măsurat unghiul dintre atomii de hidrogen Acest aranjament spaţial conferă apei unele proprietăţi speciale pe care le vom remarca icircn continuare

Dat fiind importanţa apei ca substanţă icircn funcţionarea sistemelor biologice considerăm că este utilă prezentarea mai aprofundată a unora din principalele proprietăţi fizico-chimice şi biologice ale a acesteia

După cum am amintit mai sus punctele de topire şi de fierbere ale apei privită ca hidrură au valori mai crescute decacirct cele ale altor hidruri ale elementelor apropiate din punct de vedere chimic (Tab 2)

Tabel 2 valori comparative ale punctelor de topire şi fierbere ale apei şi hidrurilor asemănătoare

Substanţa CH4 NH3 H2O HF SiH4 PH3 H2S HClPunct topire (0C)

-184 -78 0 -83 -185 -133 -85 -115

Punct fierbere (0C) -164 -33 100 195 -112 -87 -61 -85

Icircn ceea ce priveşte densitatea apei icircn funcţie de temperatură este de semnalat faptul că icircn timp ce la alte lichide variaţia densităţii este monotonă la apă aceasta prezintă bdquoanomaliirdquo icircn sensul că există o creştere a densităţii de la 00C la 40C cacircnd atinge valoarea maximă după care se produce o scădere a densităţii la temperaturi mai ridicate (Tab 3)

Tabel 3 Modul de variaţie a densităţii apei la diferite valori de temperatură

Temperatura (0C)

0 4 10 15 20

Densitateaapei (gcm3) 0999866 10 0999727 0999127 0998230

Acest fapt conferă apei unele proprietăţi mecanice cu impact biologic major Astfel apa cu temperatura de 40C are o densitate mai mare decacirct apa la temperaturi mai mici sau mai mari decacirct această valoare fapt ce conduce la o stratificare termică a apelor suficient de adacircnci Icircn oceane apa are aproximativ 40C la adacircncimi mari de pacircnă la 1000 m pentru a scade la 30C la peste 3000 m

Existenţa punţilor de hidrogen icircntre moleculele de apă conferă acesteia o structură ordonată din punct de vedere al arhitecturii moleculare structură dependentă icircnsă de temperatură La valori ale temperaturii mai mici de 00C această structură a apei devine mai rigidă şi conţine spaţii libere fapt ce explică de ce gheaţa are un volum cu aproximativ 10 mai mare decacirct apa lichidă şi deci o densitate corespunzător mai scăzută

Densitatea maximă a apei se realizează la temperatura de 40C Acest fapt permite gheţii să plutească icircn mediul acvatic ceea ce prezintă deosebite avantaje pentru fauna acvatică şi icircn special pentru cea bentonică

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 20: Introducere în ecologie

Există o legătură directă icircntre structura ordonată a apei datorată punţilor de hidrogen şi temperatură Astfel la temperatura de 00C circa 85 din legăturile de hidrogen sunt icircn permanenţă active icircn timp ce la o valoare a temperaturii de 400C sunt permanent stabilite numai 50 din punţile de hidrogen

Cu alte cuvinte la această temperatură nu se mai poate lua icircn calcul o structură ordonată a apei Din acest motiv valoarea de 400C este uneori considerată ca fiind un al doilea punct de topire a apei cu implicaţii biologice extrem de importante asupra animalelor superioare mai ales homeoterme care au temperatura corpului relativ constantă icircn jurul valorii de 370C

Există de asemenea alte caracteristici care conferă apei unicitate şi importanţă deosebită la nivel global Apa are o căldură specifică ( cantitatea de energie necesară pentru icircncălzirea unui gram de apă cu un grad) relativ mare ceea ce determină ca atacirct icircncălzirea acesteia cacirct şi răcirea ei să se realizeze icircn mod natural destul de greu adică treptat Această presupune de exemplu eliberarea treptată a energiei icircnmagazinate de imensele mase de apă oceanică şi un aport deosebit la reducerea vitezei de răcire sau icircncălzire a unor mari zone geografice influenţacircnd astfel climatul global şi avacircnd rolul de moderator al climatului planetei

Apa are de asemenea o proprietate interesantă şi anume aceea de a manifesta rezistenţă faţă de mişcare deci faţă de scurgere ceea ce caracterizează vacircscozitatea Vacircscozitatea apei depinde de concentraţia sărurilor dizolvate Acest fapt explică de ce apele marine şi oceanice au o vacircscozitate mai mare decacirct apele dulci

Tensiunea superficială a apei se manifestă ca o forţă de tracţiune ce se produce la suprafaţa apei icircn sensul reducerii icircntinderii suprafeţei acesteia Tensiunea superficială a apei este dependentă de temperatură şi scade odată cu aceasta şi invers proporţională cu valoarea concentraţiei sărurilor dizolvate Tabelul 4 prezintă relaţia dintre tensiunea superficială a apei şi temperatură

Conductibilitatea termică a apei este de asemenea mare ceea ce determină transferul rapid de energie termică al corpurilor icircn contact cu apa Aceasta ar putea fi una din explicaţiile pentru faptul că multe organisme primar acvatice sunt specii poichiloterme adică au temperatura corpului icircn permanenţă apropiată de temperatura mediului

Importante sunt uneori din punct de vedere biologic şi proprietăţile electrice ale apei Astfel constanta dielectrică datorată puterii mari de ionizare a apei are o valoare de 80 Farad Steradianm acesta fiind o valoare dintre cele mai mari ale substanţelor cunoscute Conductivitatea electrică a apei este destul de ridicată şi dependentă de concentraţia sărurilor dizolvate şi de valoarea temperaturii

Apa este din punct de vedere chimic un solvent ideal fiind lichidul natural cu cea mai mare putere de solvire icircn sensul că dizolvă un mare număr de substanţe diferite Această calitate o face indispensabilă diferitelor procese metabolice şi facilitează dizolvarea transportul şi asimilarea substanţelor atacirct la nivelul organismelor vii cacirct şi icircn circuitele biochimice la scară planetară dar icircn aceeaşi măsura apa datorită puterii de solvire este vectorul cu cea mai mare implicare icircn poluarea ecosistemelor acvatice cu diverse substanţe chimice

Capacitatea crescută de dizolvant este datorată şi faptului că apa poate solubiliza diferite faze fizice ale multor substanţe Icircn cazul gazelor solubilitatea acestora icircn apă este prezentată icircn tabelul 5 Se poate observa că oxigenul este mai solubil icircn apă decacirct hidrogenul şi azotul dar icircn acelaşi timp este mult mai puţin solubil decacirct dioxidul de carbon sau hidrogenul sulfurat

Solubilitatea unui lichid icircn apă depinde de polaritatea lui Lichidele cu molecule ce conţin grupări polare (Nh2

- OH- sau SH-) au o solubilitate mare icircn apă pe cacircnd lichidele cu molecule nepolare (hidrocarburi lipide) au o solubilitate extrem de mică

Solubilitatea substanţelor solide icircn apă se datorează fenomenului de hidratare care presupune formarea unor legături slabe icircntre moleculele acestora şi moleculele de apă şi este dependentă de structura substanţelor ce pot conţine grupări chimice hidrofile sau hidrofobe

Apa ca substanţă chimică este desigur un factor al biotopului extrem de important cu drastice efecte limitative asupra activităţii biocenozelor Dar apa este ea icircnsăşi un mediu de viaţă pentru un imens număr de organisme cu biotopi specifici care determină funcţionarea unor ecosisteme specifice extrem de complexe ecosistemele acvatice Mai mult ponderea mediului acvatici (peste 70 din suprafaţa totală a

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 21: Introducere în ecologie

Pămacircntului) precum şi calităţile specifice apei ca substanţă chimică determină importanţa globală a acesteia icircn climatul planetar

Pentru a reliefa imensitatea unor bazine acvatice tabelele 6 şi 7 prezintă cacircteva caracteristici morfometrice ale oceanelor şi celor mai importante mări precum şi cele mai lungi cursuri de apă şi cele mai mari lacuri ale planetei

Asupra ecosistemelor acvatice acţionează desigur o serie de factori abiotici care influenţează şi biotopii tereştri avacircnd icircn acest context importanţă diferită dar şi factori specifici mediului acvatic

Din punct de vedere ecologic (dar nu numai din acest punct de vedere) dinamica oceanelor este deosebit de interesantă

Datorită acţiunii vacircnturilor predominante şi rotaţiei Pămacircntului ce determină acţiunea forţei Coriolis iau naştere curenţii oceanici de suprafaţă Deoarece vacircnturile de Nord - Est şi Sud ndash Vest sunt predominante acestea determină apariţia curenţilor ecuatoriali de suprafaţă care se manifestă de ambele părţi ale Ecuatorului Aceştia sunt deviaţi către latitudini superioare atunci cacircnd icircntacirclnesc ţărmurile estice ale Asiei şi Americii

Rezultatul acestui mecanism este formarea icircn Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific a două imense celule de apă cu circulaţie de suprafaţă ce au tendinţa de a transporta energia termică acumulată spre latitudini mai mari icircn zonele vestice ale oceanelor Ca efect apele mai reci din zonele nordice coboară spre latitudini mai mici icircn zonele estice ale oceanelor O reprezentare a circulaţie curenţilor oceanici de suprafaţă precum şi viteza acestora este prezentată icircn figura 6

Figura 6 Curenţi oceanici de suprafaţă (1- curenţi reci 2- curenţi calzi)Viteza curenţilor oceanici icircn msec (3- pacircnă la 025 4- icircntre 025 şi 05 5- peste 05)

Dacă circulaţia curenţilor de suprafaţă este determinată de acţiunea vacircntului şi a rotaţiei Pămacircntului formarea curenţilor de adacircncime depinde de diferenţa de densitate dintre masele de apă adiacente şi este cunoscută sub denumirea de circulaţie termohalină (Fig 7)

Temperatura şi salinitatea influenţează densitatea apei şi orice proces care modifică aceşti doi parametri influenţează icircn mod indirect densitatea Spre exemplu procesul de evaporaţie a apei din zonele geografice calde determină creşterea salinităţii acesteia măreşte densitatea apei şi o face mai grea decacirct masele de apă adiacente ceea ce imprimă o mişcare descendentă a acestei ape grele

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 22: Introducere în ecologie

Un proces cu un rezultat asemănător are loc icircn zonele reci ale oceanelor şi mărilor datorită icircngheţului Formarea unor imense cantităţi de gheaţă conduce la creşterea salinităţii apei şi deci la creşterea densităţii acesteia Un astfel de fenomen are loc icircn Marea Weddell (Antarctica) şi se pare că o mare parte a apei de adacircncime a oceanelor este rezultatul acestui proces Masa de apă mai grea formată astfel denumită şi apa de adacircncime antarctică de deplasează treptat spre nord icircn Oceanul Atlantic şi spre est icircn oceanele Pacific şi Indian

Icircn zona nordică a Atlanticului apa rece cu densitate mai ridicată coboară formacircnd apa de adacircncime care se deplasează spre sud Aceste mase de apă sunt mai puţin dense decacirct apele sudice de adacircncime

Figura 7 Formarea curenţilor de adacircncime şi irculaţia termohalină

Spre deosebire de curenţii de suprafaţă care pot avea viteze de deplasare de peste 05 msec pacircnă la 25 msec (Curentul Golfului) curenţii de profunzime sunt mult mai lenţi viteza lor fiind cuprinsă icircntre 002 şi 01 msec

Un tip diferit de circulaţie a apelor oceanice de adacircncime este reprezentat de fenomenul de upwelling Este o deplasare pe verticala a maselor de apă determinată de acţiunea vacircntului care deplasează masele de apă mai calde din zonele platformei continentale acestea fiind icircnlocuite de mase de apă de adacircncime mai reci

Circulaţia pe verticală a maselor de apă oceanice este foarte importantă pentru biocenozele marine şi oceanice deoarece icircn acest mod apele de profunzime bogate icircn substanţe biogene sunt aduse spre zonele fotice unde se amestecă cu apele de suprafaţă şi creează condiţii favorabile creşterii productivităţii biologice a acestor ape Zonele icircn care se produce fenomenul de upwelling sunt recunoscute pentru abundenţa resurselor pescăreşti (coastele vestice ale Africii vestul Americii de Sud etc)

O formă diferită de deplasare a maselor de apă oceanice o reprezintă mareele Marea este de fapt o ridicare şi coboracircre a masei de apă sesizată ca o modificare periodică a nivelului apei datorată atracţiei gravitaţionale exercitate de Lună şi Soare asupra Pămacircntului Aceste oscilaţii de nivel sunt sesizabile atacirct icircn oceane cacirct şi icircn mările deschise şi icircn golfuri

Mareele lunare (provocate de atracţia gravitaţională a Lunii) sunt mai puternice decacirct cele solare datorită faptului că Luna este mai aproape de Pămacircnt Datorită faptului că forţa gravitaţională descreşte odată cu creşterea distanţei Luna exercită o mai mare forţă de atracţie asupra acelei părţi a Pămacircntului situată mai aproape şi o forţă mai slabă asupra părţii opuse Se produc astfel o maree directă pe faţa Pămacircntului expusă Lunii şi o maree opusă pe cealaltă faţă Aceste ridicări ale nivelului apei rămacircn aliniate pe direcţia Lunii icircn timpul rotaţiei diurne a Pămacircntului astfel că atunci cacircnd masele mai icircnalte de

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 23: Introducere în ecologie

apă icircntacirclnesc mase continentale sau insule creşterea nivelului apei devine sesizabilă Fenomenul este denumit maree icircnaltă sau flux

Icircntre două fluxuri succesive nivelul apei scade ceea ce determină apariţia mareei joase sau a refluxului Fluxul şi refluxul alternează icircntr-un ciclu permanent Pe majoritatea ţărmurilor oceanice se produc două fluxuri şi două refluxuri icircn fiecare zi lunară (ziua lunară are o durată medie de 24 ore 50 minute şi 28 secunde) Două fluxuri succesive au de obicei o amplitudine apropiată ca valoare dar există numeroase zone exterioare Oceanului Atlantic icircn care icircnălţimea fluxurilor succesive este foarte diferită din motive nu foarte bine cunoscute icircncă

Mareele provocate de soare au la bază tot atracţia gravitaţională dar forţa de atracţie solară este mai redusă (datorită distanţei mari a Pămacircntului faţă de Soare) reprezentacircnd aproximativ 46 din forţa de gravitaţie lunară Forţele de atracţie cumulate ale Lunii şi Soarelui produc două seturi de ridicări ale maselor de apă care depind de poziţiile relative ale celor două corpuri cereşti la un moment dat

Icircn perioadele de lună nouă şi lună plină cacircnd Soarele Luna şi Pămacircntul sunt aliniate pe aceeaşi direcţie mareele lunare şi solare coincid determinacircnd fluxuri mai icircnalte şi refluxuri de nivele mai scăzute decacirct icircn mod obişnuit Atunci cacircnd Luna se află icircn primul şi al treilea pătrar adică la un unghi drept faţă de direcţia Soare- Pămacircnt mareele au o forţă mai redusă manifestacircndu-se prin fluxuri mai joase şi refluxuri mai icircnalte decacirct de obicei

Ridicarea şi scăderea pe verticală a nivelului apei datorate atracţiei gravitaţionale a Lunii şi Soarelui sunt icircnsoţite de diverse mişcări orizontale ale maselor de apă cunoscute sub denumirea de curenţi mareici care sunt foarte diferiţi de curenţii normali ai oceanelor Icircn zonele icircn care se manifestă curenţii mareici curg spre ţărm pe o perioadă de aproximativ 6 ore şi 12 minute corespunzătoare fluxului şi apoi icircn sens opus pentru o perioadă de timp asemănătoare ce corespunde refluxului

Mareele determină existenţa unor ecosisteme speciale situate dea lungul ţărmurilor icircn care mişcarea ciclică a apei determinată de curenţii mareici aduce de-a lungul plajelor cantităţi importante de nutrienţi ceea ce determină existenţa unor biocenoze specifice icircn componenţa cărora intră specii cu adaptări speciale pentru viaţa icircn astfel de condiţii

Un fenomen oceanic dar şi atmosferic de o importanţă deosebită este aşa numitul El Nintildeo fenomen ce se produce icircn Oceanul Pacific atunci cacircnd temperatura este neobişnuit de ridicată de-a lungul coastelor unor ţări cum sunt Ecuador şi Peru cauzacircnd ample perturbaţii climatice Numele El Nintildeo a fost iniţial dat curentului cald de sud care apare icircn zonă anual icircn luna decembrie dar actualmente este folosit numai pentru a desemna fenomenul extrem de intens şi persistent care se petrece la intervale de timp de 3-7 ani şi afectează climatul global pentru mai mult de un an El Nintildeo ( spaniolă băiatul) determină perturbarea climatului atunci cacircnd suprafaţa oceanului din zona tropicală sud-estică a Pacificului creşte neobişnuit de mult

Icircn mod normal apele din zona tropicală vestică a Oceanului Pacific sunt mai calde cu mai mult de 100C decacirct cele din zona estică Presiunea atmosferică este mai scăzută deasupra apelor calde determinacircnd o umiditate mai crescută apariţia norilor şi căderile masive de precipitaţii caracteristice pentru sud- estului Asiei Noua Guinee şi nordul Australiei

Icircn Pacificul de Est temperatura apei este scăzută presiunea atmosferică ridicată determinacircnd condiţiile climatice specifice coastelor vestice ale Americii de Sud Direcţia predominantă a vacircntului este de la est spre vest ceea ce determină deplasarea maselor de apă mai caldă spre est şi aducacircnd astfel apele mai reci la suprafaţă icircn zona estică

Icircn timpul manifestării fenomenului El Nintildeo se petrece un fapt interesant vacircnturile predominante de est icircncetează sau chiar icircşi modifică sensul ceea ce determină ca temperatura apei de suprafaţă să nu se modifice la fel de mult ca icircnainte Astfel apa caldă din zona vestică a Pacificului se deplasează icircnapoi spre est ceea ce determină o creştere importantă a temperaturii apei pe coastele vestice ale Americii de Sud Ca urmare climatul umed existent icircn mod normal icircn vestul Pacificului se mută spre est determinacircnd căderi masive de precipitaţii icircn America de Sud şi condiţii de secetă icircn Asia de Sud- Est India şi Africa de Sud

Efectele ecologice ale acestui fenomen sunt uneori extrem de severe afectacircnd diverse populaţii acvatice precum şi numeroase ecosisteme terestre Se consideră că fenomenele El Nintildeo ce au icircnceput să

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 24: Introducere în ecologie

se manifeste icircn anii 1982 şi 1997 au fost unele dintre cele mai severe prin efectele lor asupra unor largi zone geografice influenţacircnd evident pentru o perioadă de timp chiar condiţiile climatice globale

Regimul apelor continentale este determinat icircn mare măsură de climat şi mai ales de regimul precipitaţiilor indus de acesta care determină caracteristicile de bază ale biotopului şi deci ale ecosistemului Modificarea sezonieră a nivelului apelor curgătoare are o importanţă remarcabilă asupra multor categorii de ecosisteme Un exemplu icircl constituie biotopurile adiacente cursurilor de apă ale căror biocenoze suportă consecinţele inundaţiilor periodice cu implicaţii majore icircn structura populaţiilor piscicole şi a altor componente ale ecosistemului

Apele curgătoare pot modifica morfologia unor biotopuri prin capacitatea lor de a eroda transporta şi depune diverse componente ale solului substanţe minerale materie organică precum şi material biologic Efectul pe termen lung al unei astfel de acţiuni se poate materializa chiar prin construcţia unor noi biotopuri Apariţia şi continua modificare a deltelor şi lagunelor este rezultatul unor astfel de acţiuni Delta Dunării este un exemplu tipic al rezultatului acţiunii de transport realizate de fluviul Dunărea

Debitul mediu de aluviuni icircn suspensie la Dunării măsurat icircn zona Ceatalul Izmail este de 2200 Kgsecundă La această valoare se adaugă cantitatea de aluviuni tacircracircte de 15 din totalul aluviunilor icircn suspensie şi determină ca totalul cantităţii de aluviuni transportată să se cifreze la o valoare medie de aproximativ 65 milioane tone anual

Cele mai mari formaţiuni deltaice din lume sunt deltele combinate ale fluviilor Gange şi Brahmaputra icircn India Delta Nilului icircn Egipt şi delta fluviului Mississippi icircn SUA Amploarea acestui fenomen de transport asigurat de apele curgătoare este mult mai mare icircn cazul unor bazine hidrografice mai mari Spre exemplu fluviul Amazon cară anual peste un miliard de tone de aluviuni De altfel această capacitate de transport a apelor curgătoare alimentează importante zone oceanice şi maritime cu substanţe biogene ce determină productivitatea primară a acestora Cantitatea totală de substanţe minerale aportată astfel este estimată la aproximativ 25 miliarde tonean

Apele curgătoare au un rol important şi icircn ceea ce priveşte antrenarea şi transportul unor organisme vii ceea ce conduce la modificarea temporară a structurii biocenozelor acvatice Spre exemplu icircn şenalul Dunării pot fi icircntacirclnite icircn anumite perioade ale anului populaţii de acvatice atipice pentru acest biotop cum sunt diverse specii de fitoplancton şi zooplancton şi chiar specii de peşti care nu sunt icircn mod normal reofile Ele sunt antrenate icircn perioadele de viitură din bălţile şi japşele adiacente De exemplu filopodul din genul Streptocephalus (un crustaceu inferior) care icircn mod normal trăieşte icircn apele stagnante poate fi icircntacirclnit temporar icircn Dunăre fiind antrenat din bălţi icircn timpul inundaţiilor de primăvară (Ciolac 1997)

Pentru a evita astfel de icircntacircmplări multe organisme acvatice specifice apelor curgătoare dar incapabile să icircnvingă prin resurse energetice proprii forţa de antrenare a apei au dezvoltat o serie de adaptări menite să evite desprinderea şi antrenarea lor de către curentul apei Cele mai importante se referă la

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

- transformarea unor aparate sau organe icircn ventuze sau cacircrlige cu ajutorul cărora pot să se fixeze mai bine pe substrat (hirudinee diptere chironomide şi chiar peşti cum este guvidul de apă dulce peştii remora etc)

- construirea unor adăposturi realizate din nisip cu granulaţie fină care pe lacircngă rolul de protecţie asigură o mai bună fixare (chironomide şi tricoptere)

- reducerea dimensiunilor corporale ceea ce implică o suprafaţă redusă şi icircn consecinţă o reducere a forţei de antrenare a apei

Desigur adaptările organismelor la viaţa icircn mediul acvatic sunt mult mai numeroase şi extrem de interesante cele mai multe fiind legate de necesitatea diferitelor specii de a se menţine la anumite orizonturi acvatice sau de a se deplasa efectiv icircn apă cu alte cuvinte de a pluti şi a se deplasa (icircnota)

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 25: Introducere în ecologie

4114 Compoziţia chimică a mediului acvatic

Cunoaşterea exactă a compoziţiei chimice a diverselor tipuri de biotopuri acvatice precum şi modul icircn care aceasta fluctuează sunt elemente importante pentru posibilitatea cuantificării fluxului material şi energetic icircn diverse ecosisteme

Icircn mod normal compoziţia ionică a apelor marine şi oceanice nu se modifică semnificativ din punct de vedere calitativ fiind determinată icircn mare parte de concentraţiile ionilor de sodiu magneziu calciu potasiu stronţiu clor sulf brom şi carbon care au o pondere cumulată de aproximativ 99 din totalul substanţelor chimice existente icircn structura apelor marine

Concentraţiile acestor elemente sunt diferite sodiul şi clorul avacircnd ponderea cea mai importantă (peste 30) Structura cantitativă a principalelor componente chimice ale apei oceanice este prezentată icircn tabelul 5

Tabel 5 Principalele componente chimice ale apei marine şiOceanice(modificat după Tait 1972)

Compoziţia ionică Concentraţia (gkg)Clor (Cl-) 19370Sodiu (Na+) 10770Sulfaţi (SO4

2-) 2710Magneziu (Mg2+) 1300Calciu (Ca2+) 0409Potasiu (K+) 0388Brom (Br-) 0065Carbon (din bicarbonaţi HCO3

- şi CO2)

0023

Stronţiu (Sr2+) 0010

Salinitatea reprezintă masa elementelor chimice solvite exprimată icircn grame obţinută prin evaporarea icircn vid a apei de mare la o temperatură de 4800C Valoarea standard a salinităţii apei oceanice este considerată valoarea de 35permil adică 35 g săruri1 kg apă marină dar pot exista diferenţe semnificative ale salinităţii icircn diferite ecosisteme acvatice (tabelul 6)

Tabel 6 Variaţia salinităţii icircn diferite ecosisteme marine

MareaOceanul Salinitatea (permil)Marea Neagră 16-17Marea Baltică 5-29Oceanul Arctic 28-335Marea de Sargase 37Marea Mediterană lt39Marea Roşie gt40

De regulă fluctuaţiile salinităţii nu sunt foarte importante icircn acelaşi bazin acvatic ceea ce a indus adaptări specifice la acest mediu pentru organismele autohtone Cu excepţiile notabile reprezentate de teleosteeni (peştii osoşi) şi vertebratele superioare cele mai multe organisme acvatice marine sunt poichiloosmotice adică organismul lor se află icircn echilibru osmotic cu mediul acvatic ceea ce determină o compoziţie internă sub aspect chimic similară cu aceea a apei marine şi o fiziologie specifică

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 26: Introducere în ecologie

Consecinţa acestei adaptări a indus limite de toleranţă relativ reduse a cestor specii la variaţiile de salinitate marea majoritate a lor fiind sub acest aspect stenohaline Există desigur şi specii care suportă variaţii importante ale salinităţii (specii eurihaline) Sunt speciile adaptate la viaţa icircn zonele icircn care apele icircşi pot modifica frecvent concentraţia de săruri solvite (estuare lagune etc)

Proporţia principalilor constituenţi ai apei marine rămacircne relativ constantă indiferent de modificările valorilor salinităţii Există o excepţie pe care o constituie concentraţia ionilor de calciu care este mai variabilă decacirct a celorlalte componente Explicaţia o constituie activitatea unor grupe de organisme acvatice cum sunt cele fitoplanctonice (foraminifere coccolitoforide pteropode şi heteropode) precum şi coralii care formează carbonat de calciu (CaCO3)

Formarea carbonatului de calciu prin activitatea organismelor (organic) sau prin evaporaţie (anorganic) poate afecta local concentraţia ionilor de calciu mai ales icircn apele mai puţin adacircnci Disocierea carbonatului de calciu icircn anumite zone poate de asemenea modifica concentraţia de calciu şi ionului carbonat (CO3

2-)Dioxidul de carbon atmosferic se dizolvă icircn apa marină şi prin hidratare formează acid carbonic

H2CO3 Acidul carbonic este divalent ceea ce explică existenţa a două reacţii cu formare de bicarbonat (HCO3

-) şi carbonat (CO32-) Coexistenţa acestor doi ioni icircn apă creează un sistem chimic de tampon care

reglează pH-ul şi concentraţia de dioxid de carbon

Astfel icircn cazul icircn care există o concentraţie relativ mare a dioxidului de carbon sub forma acidului carbonic există şi o concentraţie crescută de ioni de hidrogen (H+) ceea ce determină o aciditate crescută a apei

Icircn cazul icircn care dioxidul de carbon este mai bine reprezentat sub formă de bicarbonaţi şi carbonaţi concentraţie ionilor de hidrogen este evident mai redusă ceea ce determină o valoare mai mare a pH-ului şi deci o tendinţă alcalină a apei

Cea mai mare parte a carbonului anorganic din apele oceanice se găseşte sub formă de bicarbonaţi (aproximativ 88) cu concentraţii ale ionului carbonat şi ale dioxidului de carbon de aproape 11 şi respectiv 1 Acest fapt explică pH-ul caracteristic apelor marine cu o valoare medie de aproximativ 8

Carbonul este produs icircn zona superioară a oceanelor prin procesul de fotosinteză şi este apoi transferat spre nivelele trofice superioare prin consumul fitoplanctonului de către zooplancton şi al zooplanctonului de către necton Cea mai mare parte a carbonului organic este astfel reciclat dar o importantă cantitate de carbon organic ajunge icircn zonele adacircnci ale oceanelor unde este supus proceselor de mineralizare bacteriană fiind astfel bdquotransformatrdquo icircn carbon anorganic

Astfel icircn zonele adacircnci ale oceanelor există mul mai mult carbon anorganic decacirct icircn zonele superficiale Acelaşi fenomen se icircntacircmplu şi cu alte elemente chimice cum sunt azotul şi fosforul care sub formă anorganică se regăsesc icircn cantităţi mult mai mari icircn zonele adacircnci

O problemă interesantă legată de ciclul carbonului oceanic este aceea referitoare la icircntrebarea dacă oceanul este o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă sau dimpotrivă apele oceanice pot fixa dioxidul de carbon Cercetări recente demonstrează că mările şi oceanele sunt icircn mod cert factori care fixează dioxidul de carbon mai ales prin zonele sale mai reci şi turbulente Icircn zonele calde şi mai calme oceanele eliberează CO2 icircn atmosferă Spre exemplu icircn Oceanul Atlantic de Nord se fixează aproximativ 60 din totalul dioxidului de carbon fixat de către icircntreg oceanul fapt explicabil ţi prin faptul că dioxidul de carbon este mai solubil icircn apa rece decacirct icircn apele calde Interesant de remarcat este faptul că icircncălzirea globală poate transforma oceanele dintr-o modalitate de fixare a CO2 icircntr-o sursă de dioxid de carbon pentru atmosferă acceleracircnd astfel bdquoefectul de serărdquo implicat icircn creşterea globală a temperaturii

Relaţia acid-bază icircn ape este reglată prin aşa numitul bdquosistem carbonatrdquo Apele naturale sunt soluţii foarte diluate deci cu concentraţii reduse de dioxid de carbon Se poate observa că apa pură expusă atmosferei icircşi modifică pH-ul de la valoare 7 (neutru) la valoarea 5 (acid)

De notat că icircn jurul valorii 8 a pH-ului (valoare specifică apelor oceanice) 99 din icircntreaga cantitate de carbonaţi se află sun formă de bicarbonat (HCO3

-) Aceasta explică faptul că oceanele fixează dioxidul de carbon atmosferic şi conţin astfel de 50 de ori mai mult CO2 decacirct atmosfera

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 27: Introducere în ecologie

Icircn apele care conţin concentraţii mai importante ioni de fier se poate icircnregistra şi o creştere a concentraţiei ionilor de hidrogen fenomen explicat prin reacţia chimică

Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+

Valorile pH-ului sunt relativ constante icircn apele naturale icircn condiţii normale astfel icircncacirct acest factor nu devine frecvent limitativ pentru populaţiile unei biocenoze acvatice La nivel global concentraţia ionilor de hidrogen poate fi foarte diferită icircn varii tipuri de ape ajungacircnd pacircnă la valori extreme ale pH-ului de 19 icircn izvoare sulfuroase cu o mare concentraţie de acid sulfuric pacircnă la valori de pH de peste 10 icircnregistrate icircn anumite condiţii icircn unele bazine acvatice

Preferinţele diferitelor organisme sunt diverse icircn ceea ce priveşte valoarea pH-ului Totuşi valorile pH-lui de 6 ndash 8 situate icircn jurul pH-ului neutru (pH=7) sunt considerate optime pentru majoritatea speciilor

Desigur există şi alţi indicatori de ale căror valori depinde calitatea apei din diverse ecosisteme cum sunt alcalinitatea duritatea apei conţinutul de oxigen solvit etc Spre exemplu alcalinitatea este stracircns legată de valoarea pH-ului ea referindu-se la numărul actual de baze componente şi este icircnţeleasă ca intensitatea pH-ului Cu cacirct mai puţin intensă este o apa cu atacirct mai repede aceasta icircşi va modifica pH-ul O alcalinitate redusă indică faptul că chiar şi o cantitate redusă de acid poate determina o modificare substanţială a valorii pH-ului

Icircn mod normal alcalinitatea este mai mare icircn apele mai dure şi creşte uşor datorită evaporaţiei fiind redusă icircn mod natural prin metabolismul bacterian care produce compuşi acizi ce reduc alcalinitatea apelor

Oxigenul solvit reprezintă cantitatea de oxigen dizolvată existentă la un anumit moment icircn apă Consumul oxigenului dizolvat se realizează prin utilizarea lui de către diferite organisme acvatice de la bacteriile aerobe pacircnă la plante (icircn timpul nopţii) peşti şi alte organisme acvatice Icircn figura 8 se prezintă nivelele de saturaţie pentru apele dulci icircn funcţie de temperatură

Figura 8 Relaţia dintre temperatură şi oxigenul solvit

Compoziţia chimică a apelor dulci de suprafaţă este extrem de diferită de aceea a apelor marine mai ales sun aspect cantitativ dar şi calitativ Apele dulci continentale conţin mai ales ioni de calciu magneziu sodiu potasiu bicarbonaţi care reprezintă aproximativ 99 la care se adaugă concentraţii reduse de sulfaţi fosfaţi şi azotaţi Tabelul 7 prezintă spre exemplificare principalii componenţi chimici ai apelor fluviului Dunărea icircn sectorul romacircnesc

Tabel nr 7 Concentraţiile principalelor componente chimice

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 28: Introducere în ecologie

ale apelor dulci

Parametru chimic Concentraţie (mgl apă)Calciu (Ca2+) 4390 ndash 6250Magneziu (Mg2+) 600 ndash 1920Sodiu + Potasiu (Na+

+K+) 900 ndash 2800

Fier (Fe2+ Fe3+) 008 ndash 083Sulfaţi (SO4

2-) 2540 ndash 3120Bicarbonaţi (HCO3

-) 16000 ndash 18500Fosfaţi (PO4

3-) 006 ndash 020Cloruri (Cl-) 3190 ndash 4260Azotaţi (NO3

-) 065 ndash 662

Compoziţia ionică a apelor dulci fluctuează icircn limite foarte largi icircn funcţie de tipul de apă dar şi icircn cadrul aceluiaşi ecosistem acvatic fiind condiţionată de evoluţia altor factori ai biotopului De asemenea ponderea concentraţiilor unor ioni poate avea o importanţă ecologică mai accentuată decacirct a altora Deşi cantitativ ponderea ionilor fosfat şi azotat este redusă importanţa nivelului concentraţiei acestora este mult mai mare deoarece influenţează decisiv nivelul producţiei primare

412 Climatul

Majoritatea factorilor abiotici sunt interdependenţi icircn sensul că acţiunea unora influenţează amplitudinea cu care se manifestă alţi factori de mediu De exemplu presiunea atmosferică este dependentă de temperatură cantitatea de oxigen solvit icircn apă depinde de temperatură şi de mişcările apei etc Manifestarea complexă şi corelată a principalilor factori fizici ai mediului determină la scară locală regională sau globală cea ce denumim generic climă sau climat

Modificările climatice dramatice pot afecta profund ecosistemele naturale fapt care determină interesul specialiştilor pentru monitorizarea şi cuantificarea fenomenelor care pot contribui la modificări majore ale climei pe planetă

Unul din fenomenele cele mai controversate icircn acest domeniu este reprezentat de aşa numitul efect de seră Explicarea efectului de seră ca fenomen este relativ simplă Energia termică solară incidentă determină condiţiile meteorologice şi climatul general al Pămacircntului Energia termică primită de la Soare este radiată icircn mare măsură icircn spaţiul cosmic

Unele gaze din atmosferă cum sunt vaporii de apă dioxidul de carbon metanul şi altele sunt capabile să ţină captivă o anumită cantitate de energie termică icircntr-un mod asemănător cu ceea ce se icircntacircmplă icircntr-o seră acoperită cu sticlă sau alt material transparent Acest fenomen natural are o importanţă deosebită pentru viaţă deoarece icircn lipsa manifestării lui temperatura medie a Pămacircntului ar fi inacceptabil de scăzută pentru manifestarea vieţii aşa cum o cunoaştem icircn prezent

Problematic este procesul de intensificare a efectului de seră datorită creşterii concentraţiei gazelor care stimulează acest fenomen şi icircn special creşterea concentraţiei de dioxid de carbon metan şi oxizi de azot De la icircnceputul revoluţiei industriale concentraţia dioxidului de carbon a crescut cu aproximativ 30 concentraţia metanului este mai mult decacirct dublă iar cea a oxizilor de azot s-a mărit cu 15

Acest fapt a determinat cu certitudine creşterea capacităţii atmosferice de a reţine mai multă energie termică deşi unii aerosoli cum sunt sulfaţii (un poluant atmosferic destul de comun) au calitatea de a reflecta energia solară fapt ce presupune teoretic procesul de răcire al planetei Se pare icircnsă că sulfaţii aflaţi sub formă de aerosoli icircn atmosferă au o viaţă scurtă iar concentraţiile lor pot fi importante doar regional

Creşterea concentraţiei gazelor care produc efectul de seră este pusă de specialişti pe seama arderii combustibililor fosili şi a altor activităţi umane Eliberarea de dioxid de carbon icircn atmosferă se produce şi

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 29: Introducere în ecologie

ca urmare a proceselor naturale (respiraţie descompunerea materiei organice) Cantitatea de CO2 emisă icircn atmosferă ca urmare a acestor procese este apreciată ca fiind de 10 ori mai mare decacirct cantitatea liberată ca urmare a activităţii antropice Această emisie naturală este şi a fost permanent icircn echilibru cu dioxidul de carbon absorbit icircn procesul de fotosinteză al plantelor Ceea ce s-a modificat icircn ultimele cacircteva sute de ani a fost aportul de CO2 şi alte gaze cu acelaşi efect eliberate icircn activităţile umane

Icircn societăţile moderne activităţile industriale de producere a energiei de transport sau cele care conferă confortul domestic sunt responsabile de producerea a aproximativ 80 din emisiile de dioxid de carbon şi 20 din emisiile de oxizi de azot La acestea se adaugă efectele agriculturii intensive despăduririlor activităţilor miniere etc Responsabile sunt mai ales naţiunile foarte dezvoltate De exemplu icircn 1994 Statele Unite ale Americii deţineau recordul emisiilor de gaze implicate icircn efectul de seră cu 20 din totalul la nivel global (şi este foarte probabil ca situaţia actuală să fie cel puţin asemănătoare)

Estimarea emisiilor de gaze răspunzătoare de efectul de seră icircn viitor este dificil de estimat deoarece aceasta este dependentă de o serie de factori de ordin demografic economic tehnologic politic şi instituţional S-au realizat mai multe prognoze ale evoluţiei emisiei acestor substanţe Spre exemplu se estimează că icircn absenţa unor masuri de control şi reducere a emisiei icircn anul 2100 concentraţia de dioxid de carbon ar putea fi cu 30 pacircnă la 150 mai mare decacirct nivelul actual

Tendinţa de icircncălzire globală este demonstrată de creşterea temperaturii medii la suprafaţa planetei Există numeroase informaţii privind o continuă icircncălzire a planetei icircn ultimii 150 ani Creşterea temperaturii medii globale nu a fost constantă ea realizacircndu-se icircn cicluri care au cuprins perioade de icircncălzire şi răcire cu durata de mai multe zeci de ani Pe termen lung icircnsă tendinţa general a fost icircn mod clar şi se menţine icircn sensul icircncălzirii globale Efectele au fost sesizate icircn topirea mai accelerată a gheţarilor alpini creşterea nivelului oceanului mondial modificarea climatului icircn unele zone geografice Cacircteva date statistice generale sunt mai mult decacirct convingătoare

anii 1980 ndash 1990 au fost cele mai calde perioade icircnregistrate cei mai calzi 10 ani din istoria meteorologică globală cunoscută au fost icircnregistraţi icircn ultimii 115

ani secolul al XX - lea a fost cel mai cald la nivel global icircn ultimii 600 aniMai mulţi experţi sunt de acord că temperatura medie globală poate creşte cu 10C - 35 0C icircn acest

secol ceea ce icircnseamnă că icircn unele zone geografice temperatura poate creşte local cu 5 ndash 10 0CModificarea climatului presupune icircnsă aspecte mult mai complexe decacirct icircncălzirea globală

Temperaturile din ce icircn ce mai crescute vor conduce la modificări ale regimului vacircnturilor cantitatea şi natura precipitaţiilor manifestări mai frecvente şi severe ale condiţiilor meteorologice Toate acestea putacircnd conduce la consecinţe impredictibile asupra mediului şi societăţii umane

5 Biocenoza

Conceptul de biocenoză este lansat icircn literatura de specialitate de Mobius (1877) ca urmare a studiilor asupra unor asociaţii de organisme acvatice bentale şi a relaţiilor acestora cu mediul Biocenoza este interpretată ca o anumită comunitate de organisme (plante şi animale) care icircşi desfăşoară activitatea pe un anumit areal (mediu) la care sunt adaptate şi icircntre care există relaţii speciale care conferă comunităţii o coeziune sistemică Acest fapt permite sistemului biologic astfel alcătuit să funcţioneze ca un icircntreg capabil să se modifice icircn funcţie de variaţia condiţiilor de mediu şi modificarea structurii sale ca urmare a acţiunii diverşilor factori ecologici

Definiţiile biocenozei sau comunităţii de plante şi animale evidenţiază considerarea obiectivă a acestui sistem biologic ca unitate supraindividulă (şi suprapopulaţională) de integrare şi organizare sistemică a materiei vii

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 30: Introducere în ecologie

Icircn general o biocenoză este formată din populaţii de plante şi animale ce aparţin unor specii diverse care au icircn comun faptul că ocupă un anumit areal geografic (au un biotop comun) şi sunt interdependente din punct de vedere funcţional

Este necesară distincţia dintre o comunitate de organisme (biocenoză) şi alte grupări de organisme mai mult sau mai puţin accidentale deoarece există situaţii reale icircn care organisme aparţinacircnd mai multor specii constituie agregări (grupări) care nu sunt adevărate biocenoze Icircn cazul icircn care aceste grupări de organisme se realizează temporar şisau icircn mod accidental determinate de regulă de apariţia unui aşa numit centru activ determinat de un factor de mediu fără ca icircntre speciile componente să se manifeste interrelaţii specifice durabile aceste agregări de organisme nu reprezintă biocenoze ci nişte mulţimi de organisme Deosebirea dintre o biocenoză şi o grupare accidentală (mulţime) de organisme este prezentată schematic icircn figura 9

Abordarea sistematică a problematicii ecologice icircşi pune amprenta şi asupra modului icircn care este definit icircn prezent conceptul de biocenoză Odum (1971) consideră că biocenoza este un ansamblu de populaţii care trăiesc pe un teritoriu sau un habitat fizic determinat fiind o unitate organizată care capătă prin această structurare caracteristici deosebite faţă de cele ale componenţilor săi individuali şi populaţionali Astfel biocenoza funcţionează ca o unitate prin bdquotransformări metabolice cuplaterdquo

Constantinov (1971) consideră că biocenozele sunt de fapt sisteme integrale forme supraindividuale de organizare a materiei vii care au o anumită structură funcţii specifice şi caracteristici specifice ale interacţiunii lor cu mediul

Icircn aceeaşi accepţie biocenoza este un sistem biologic supraindividual ce reprezintă bdquoun nivel de organizare a materiei vii alcătuit din populaţii legate teritorial şi interdependente funcţionalrdquo (Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Figura 9 Diferenţele dintre o grupare accidentală şi o comunitate de organisme(o ndash reprezentarea organismelor săgeţile simple reprezintă acţiuni ale organismelor săgeţile duble

reprezintă interdependenţele dintre organisme)

Interdependenţa dintre populaţiile componente ale biocenozei presupune existenţa unor conexiuni speciale icircntre acestea Rezultatul funcţionării unor astfel de interrelaţii este reprezentat de manifestarea la acest nivel de organizare a materiei vii a productivităţii biologice

51 Structura biocenozei

Pentru a icircnţelege modul icircn care funcţionează o biocenoză este necesară cunoaşterea componentelor şi modul icircn care este structurată biocenoza atacirct din punct de vedere calitativ cacirct şi sub aspect cantitativ Elementele capabile să caracterizeze structura biocenozei sunt

speciile (populaţiile) din componenţa biocenozei

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 31: Introducere în ecologie

distribuţia spaţială a populaţiilor dinamica elementelor structurale importanţa diverselor grupe de organisme sub aspect funcţionalIcircn scopul descrierii structurii biocenozei se utilizează o serie de indici capabili să confere o imagine

cacirct mai exactă a raporturilor cantitative sau a tendinţelor de agregare a populaţiilor din cadrul acesteia Prezentăm icircn continuare succint principalii indici structurali ai biocenozei

Frecvenţa se utilizează pentru exprimarea procentuală a ponderii probelor icircn care se icircntacirclneşte o anumită specie icircn raport cu numărul total de probe prelevate dintr-o anumită biocenoză Acest indice arată cacirct de frecvent pot fi icircntacirclniţi indivizii unei populaţii icircn raport cu ceilalţi componenţi ai acesteia

Abundenţa relativă a unei populaţii exprimă proporţia relativă existentă icircntre numărul sauşi masa indivizilor acesteia şi numărul (masa) exemplarelor celorlalte populaţii ale biocenozei Acest indice se calculează pentru un număr suficient de probe prelevate din biocenoză de preferinţă icircn acelaşi timp sau icircntr-o perioadă de timp suficient de scurtă

Dominanţa unei specii se determină luacircnd icircn considerare abundenţa relativă a acesteia şi se consideră că valoarea lui reliefează influenţa mai mare a unei specii (sau a mai multora) asupra modului de funcţionare a unei biocenoze

Constanţa unei populaţii icircntr-un anumit ecosistem deci icircntr-o biocenoză poate măsura persistenţa acesteia icircntr-o biocenoză Exprimacircndu-se pe baza valorii frecvenţei indivizilor speciei (f) se consideră că pentru

f gt 50 o populaţie este constant prezentă icircn biocenoză 25 lt f lt 50 populaţia este accesorie f lt 25 specia sau populaţie se icircntacirclneşte mai degrabă accidental icircn componenţa biocenozeiStabilitatea relaţiilor unei populaţii cu biocenoza din care face parte dependenţa acesteia faţă de un

anumit ecosistem poate fi exprimată de fidelitate Din punct de vedere al fidelităţii unei populaţii sau specii faţă de un anumit biotop se pot identica specii caracteristice (dependente de condiţiile specifice unui anumit ecosistem care nu pot supravieţui icircn ecosisteme diferite) specii preferenţiale (preferă un anumit tip de ecosistem dar pot fi icircntacirclnite şi structura unor alte biocenoze) specii icircntacircmplătoare alohtone (specii străine ce pot fi prezente icircntacircmplător icircntr-un ecosistem) care nu rezită un timp prea icircndelungat icircn biotopul impropriu precum şi specii indiferente ( specii euritope care nu par să fie deranjate de existenţa lor icircn diferite ecosisteme) fără preferinţe foarte accentuate pentru un anumit tip de ecosistem

Această reprezentare a biocenozelor este completată ca urmare a unor studii mai recente realizate icircn ecosisteme complexe prin intermediul unor metode matematice care presupun analize factoriale şi clasificări numerice (specifice ecologiei numerice) metode care sunt utilizate cu predilecţie icircn cazul studiilor asupra unor populaţii din zonele tropicale cacircnd numărul foarte mare de specii şi asociaţii de populaţii nu pot permite numai o analiză intuitivă Acest tip de studii au condus la o nouă viziune asupra problematicii abordate introducacircnd noţiunea stărilor intermediare icircntre biocenozele descrise

S-a lansat de asemenea o nouă ipoteză aceea a continuumului care afirmă ca variaţiile din structura faunei sunt icircntotdeauna progresive ceea ce icircnseamnă că ar trebui reconsiderate clasificările discontinue realizate la nivelul populaţiilor deoarece ele sunt arbitrare

Deşi relativ recente aceste abordări par icircn prezent puţin depăşite consideracircndu-se că la nivelul unei schimbări rapide survenite icircntr-un ecosistem se poate lua icircn considerare o interfaţă icircntre două biocenoze bine definite S-a remarcat nu numai o tranziţie rapidă de la o biocenoza la alta dar şi apariţia unor elemente noi capabile să definească aşa numitele biocenoze de interfaţă

Indiferent icircnsă de interpretările actuale studiile asupra biocenozelor vor trebui să clarifice două aspecte foarte importante pentru icircnţelegerea funcţionării acestora şi anume explicaţia logică (raţiunea) existenţei comunităţilor de plante şi animale şi ce consecinţe are această grupare a speciilor şi cum pot fi acestea evaluate in cadrul ecosistemului

Pentru a găsi explicaţiile adecvate trebuie cercetate cacircteva ipoteze care iau icircn consideraţie principalii factori generali implicaţi Dacă se consideră factorii mediului abiotic ipoteza cea mai simplă presupune o

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 32: Introducere în ecologie

comunitate de specii bine definită reprezentată ca o comunitate de exigenţe şi toleranţe corespunzătoare unui biotop bine definit căruia biocenoza icirci este caracteristică

Factorii de natură biotică reprezintă o sintagmă ce cuprinde toate interacţiunile dintre specii interacţiuni directe sau indirecte slabe sau puternice imediate sau icircntacircrziate Este evident că aceste conexiuni interactive dintre specii (şi din cadrul speciei) sunt implicate icircn conturarea biocenozei ca sistem Acest fapt presupune că speciile populaţiile lor convieţuiesc nu pentru că ele trebuie să se suporte una pe cealaltă ci pentru că icircn acelaşi timp acest fapt (convieţuirea) le este neapărat necesară

O altă abordare a acestei problematici este aceea care presupune icircntr-o mai maică măsură analiza exhaustivă ci mai ales o icircncercare de a identifica proprietăţi globale ale biocenozei Este o metodă care pare a experimenta icircnlocuirea (icircntr-o măsură rezonabilă) efortului de cercetare a cauzelor cu studiul consecinţelor Evident cele două abordări nu se exclud ele fiind icircn fapt complementare Această metodă de studiere a consecinţelor deşi este actualmente destul de vag conturată ar putea să devină icircn perspectivă o metodă generalizată foarte interesantă

Diversitatea taxonomică sau diversitatea biologică este o noţiune cu aspect calitativ a cărei importanţă icircn descrierea biocenozelor este icircn general recunoscută dar a cărei semnificaţie icircn funcţionarea ecosistemelor mai trebuie aprofundată Este un indicator ecologic dependent de numărul de specii dintr-un ecosistem şi de efectivul (numărul indivizilor) din fiecare populaţie reprezentată icircn structura biocenozei

Diversitatea poate reprezenta un indicator al complexităţii biocenozei şi mai ales poate furniza o imagine generală a stării unui ecosistem mai ales sub aspectul condiţiilor mediale

Icircn condiţii de mediu favorabile care presupun valori ale diverşilor factori ecologici situate icircn intervale considerate optime pentru biocenoză numărul de specii din structura biocenozei este mare şi de obicei fiecare populaţie are un efectiv numeric relativ redus Icircn condiţii mai puţin favorabile vieţii icircn cadrul ecosistemului biocenoza cuprinde un număr restracircns de specii care de regulă sunt prezente cu efective numeroase

Noţiunea de diversitate presupune două aspecte1 numărul de taxoni distincţi cacircnd se consideră fie numărul de specii caz icircn care este denumită

diversitate specifică fie numărul de genuri icircn cazul diversităţii generice 2 maniera de reprezentare a unui număr dat de specii prin numărul de indivizi din fiecare specieCel de-al doilea aspect poate fi considerat mai complex deoarece dacă o specie sau un număr redus

de specii sunt reprezentate printr-un număr foarte nare de indivizi iar celelalte specii din biocenoză au un efectiv redus poate exista tendinţa de a aprecia că biocenoza are o diversitate redusă Dacă există icircnsă icircn biocenoză un număr nare de specii se afirmă că diversitatea acesteia este mare

Aceste aspecte pot fi reprezentate grafic prin demarcarea unor sectoare proporţionale corespunzătoare speciilor distincte şi reprezentacircnd ponderea numărului de indivizi pe un cerc care reprezintă numărul total de indivizi determinat icircn urma cercetării biocenozei (Fig 10) Exprimate procentual valorile astfel reprezentate pot oferi o imagine grafică comparativă a diversităţii icircn două sau mai multe biocenoze sau icircntre două stări suficient de diferite ale aceluiaşi ecosistem

Un exemplu poate fi reprezentat de comparaţia dintre un ecosistem situat icircn condiţii climatice specifice pădurii umede ecuatoriale cu o diversitate impresionantă a speciilor dar cu populaţii formate din indivizi nu foarte numeroşi şi un ecosistem situat icircn condiţii de climă extremă (icircn zonele arctice sau antarctice) a cărui biocenoză cuprinde un număr mic de specii bine reprezentate sub aspect numeric

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 33: Introducere în ecologie

Figura 10 Reprezentarea grafică a diversităţii icircn două biocenoze distincte(Ni = ponderea efectivului fiecărei specii n = numărul total de specii sum Ni = 100)

Icircn ecosistemele acvatice se poate remarca aceeaşi tendinţă de diferenţiere a diversităţii biologice pentru biocenoze situate icircn diverse zone geografice (Tab 8) Se consideră că principalii factori care sunt implicaţi icircn determinarea valorii diversităţii biologice sunt forate diferiţi şi au la bază următoarele elemente

gradul de heterogenitate a biotopurilor şi implicit diversitatea tipurilor de habitat condiţii de mediu (geografice climatice) care favorizează activitatea biocenozelor surse de hrană diverse şi suficiente competiţia icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic productivitatea biologică a biocenozelor timpul necesar speciaţiei (procesul de apariţie a unor noi specii)

52 Conceptul de nişă ecologică

Diversitatea biologică poate fi explicată mai clar dacă se ia icircn consideraţie şi conceptul de nişă ecologică introdus icircn literatura de specialitate de Johnson 1910 cu semnificaţia de unitate de distribuţie a speciei dependentă de resursele trofice şi factorii fizico-chimici ai bitopului

Sensul iniţial al noţiunii de nişă a fost acela de habitat (Grinnell 1917) dar pentru că acesta avea conotaţia unei ecologii monospecifice icircn general ne referim la nişa trofică a unei specii a fost oarecum evitat sau tratat succint icircn lucrările de ecologie Pe măsura abordării sistemice a problematicii ecologice conceptul de nişă ecologică a revenit icircn actualitate şi a relevat noi valenţe Elton (1927) a descris nişa ca o funcţie a speciei icircn biocenoza icircn care aceasta este icircncadrată

Accepţia actuală a nişei ecologice este aceea de poziţie a unei specii icircn structura biocenozei poziţie considerată mai ales icircn funcţie de relaţiile de natură trofică (legate de hrănire) şi competiţionale sub aspect funcţional de unde şi denumirea de nişă trofică fără să se excludă icircnsă total componenta spaţială şi influenţa altor factori de mediu

Se consideră că icircn general icircntr-o biocenoză o nişă ecologică aparţine unei singure populaţii (specii) şi că două specii diferite nu pot ocupa icircn principiu nişe identice sub toate aspectele (axioma o specie ndash o nişă) Cu alte cuvinte două populaţii aparţinacircnd unor specii diferite nu pot fi situate icircn aceeaşi nişă ecologică iar dacă totuşi acest fapt poate fi icircntacirclnit la un moment dat situaţia este absolut accidentală temporară şi mai devreme sau mai tacircrziu una din specii va fi eliminată ca urmare a efectului manifestării competiţiei interspecifice (dintre cele două specii)

Revenind la semnificaţia diversităţii se admite icircn principiu că o creştere a numărului de specii dintr-o biocenoză implică majorarea intrărilor energetice la diverse nivele trofice prin utilizarea unor resurse de hrană mai diversificate Aceasta determină creşterea heterogenităţii şi implicit a complexităţii structurii

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 34: Introducere în ecologie

biocenozei evoluţia modului ei de organizare creşterea integralităţii sistemului biocenotic a autocontrolului şi implicit creşterea stabilităţii biocenozei

53 Relaţii inter-populaţionale

Descrierea structurii biocenozei nu este nici completă şi nici exactă dacă nu se iau icircn consideraţie relaţiile interspecifice (dintre speciile populaţiile componente ale biocenozei) deoarece manifestarea acestor relaţii este caracteristica de bază a raţiunii existenţei biocenozei Relaţiile dintre populaţiile biocenozei sunt considerate ca fiind incluse icircn structura acesteia

Complexitatea şi diversitatea relaţiilor dintre populaţiile biocenozei sunt atacirct de accentuate icircncacirct o clasificare unitară a acestora este dificil de realizat Icircn studiile bio-ecologice clasice consideracircnd un criteriu ce se bazează pe efectul direct al acestor relaţii asupra indivizilor din diferite specii se prezintă mai multe tipuri de astfel de relaţii

Competiţia sau concurenţa unor specii presupune o relaţie icircn care una sau mai multe specii exercită o acţiune care poate fi defavorabilă pentru alte specii Se manifestă icircn cazul unor specii care sunt interesate de aceleaşi resurse nutritive acelaşi tip de habitat etc şi poate conduce icircn cazuri extreme la eliminarea populaţiilor mai puţin adaptate condiţiilor pe care le oferă ecosistemul

Cooperarea presupune asocierea frecventă a speciilor icircn scopul unei acţiuni cu rezultate favorabile pentru speciile implicate Este un tip de relaţie care nu devine obligatoriu pentru specii dar care poate fi remarcat icircn anumite circumstanţe

Simbioza este un tip de relaţie complexă icircn care se pot identifica cacircteva manifestări speciale cum sunt mutualismul - poate fi descris ca o relaţie obligatorie icircntre două specii cu avantaje evidente pentru

ambele specii implicate comensalismul - presupune o asociere icircn care o specie (specia comensală) este dependentă de

acest tip de relaţie icircn timp ce a doua specie implicată pare să nu fie evident afectatăAmensalismul este o relaţie care nu este obligatorie pentru specii De obicei icircntr-un astfel de tip de

relaţie dezvoltarea unei specii este inhibată de către activitatea parteneruluiParazitismul reprezintă o relaţie obligatorie pentru una din specii (specie parazită) icircn relaţia acesteia

cu altă specie (specie gazdă) Relaţia are un efect negativ asupra gazdei deşi nu este icircn mod obligatoriu letală

Relaţia pradă-prădător (prădătorismul) este o relaţie obligatorie care se manifestă icircntre o populaţie de obicei paşnică (populaţia pradă) şi o populaţie agresivă reprezentată de prădător Icircn această relaţie sursa de hrană a prădătorilor este reprezentată de populaţia pradă

Relaţia pradă-prădător este mult mai studiată datorită aspectului ei cantitativ şi importanţei icircn reglajele numerice abordate de ecologia populaţiei O abordare mai extinsă a acestui tip de relaţie este prezentată icircn cadrul problematicii abordate icircn capitolele referitoare la dinamica populaţilor de consumatori

Complexitatea relaţiilor dintre speciile biocenozei este evidenţiată şi mai pregnant icircn cazul icircn care se consideră şi modul icircn care populaţiile din structura biocenozei comunică icircntre ele cu alte cuvinte modul icircn care percep mediul icircnconjurător şi icircn acelaşi timp sunt identificate de alte componente (biotice) ale mediului Există o diversitate de modalităţi de factură fizico-chimică prin care speciile unei biocenoze pot comunica icircn sensul transmiterii şi interceptării unor mesaje care icircn unele cazuri sunt extrem de complexe avacircnd caracteristici proprii unui adevărat limbaj

Speciile pot comunica printr-o diversitate de modalităţi care pot fi de natură fizică (sonice luminoase termice electrice etc) sau chimică (diverse tipuri de metaboliţi) Exemplele sunt extrem de numeroase la fel ca diversitatea mijloacelor de comunicare de acest tip

Cele mai multe dintre speciile de animale emit semnale sonore care au semnificaţii fie pentru indivizii aceleiaşi specii fie pentru alte populaţii din biocenoză uneori icircntr-un mod surprinzător de elaborat a căror complexitate unii specialişti o consideră ca fiind foarte apropiată de aceea a unui adevărat limbaj Două exemple sunt extrem de semnificative pentru cacircteva tipuri de biocenoze diferite

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 35: Introducere în ecologie

Icircn mediul acvatic lumea frecvent numită tăcută a apelor diverse specii de peşti emit variate semnale sonore S-au icircnregistrat astfel de sunete chiar icircn ecosistemele oceanice la adacircncimi apreciabile (peste 5000 m) Multe din mamiferele marine cum sunt cetaceele au dezvoltat organe specializate ce le permite emisia şi recepţia sunetelor de icircnaltă frecvenţă precum şi utilizarea acestui sistem pentru perceperea mediului icircnconjurător şi a prăzii

Această modalitate este atacirct de evoluată la delfini şi balene icircncacirct este considerată un adevărat sistem biologic de ecolocaţie extrem de performant Experimente recente au demonstrat că delfinii pot vizualiza astfel obiecte cu forma extrem de complicate pe care le disting de alte obiecte şi le pot recunoaşte cu precizie dacă le-au văzut iniţial prin intermediul organului vizual

Comunicaţiile organismelor prin mijloace luminoase sunt mai frecvente icircn mediul acvatic acolo unde lipsa luminii favorizează utilizarea unor astfel de metode Există numeroase specii de organisme acvatice care utilizează semnale luminoase sau cromatice (alge organisme zooplanctonice moluşte crustacee şi peşti) icircn diferite scopuri fie pentru apărare fie pentru atragerea prăzii sau reproducere

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 36: Introducere în ecologie

legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea

Un exemplu clasic icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totaliate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta aticirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător

Foarte frecventă este şi o altă modalitate de realizare a comunicării icircn cadrul speciei sau icircntre specii comunicare ce utilizează ca vector diverse substanţe chimice produse ale metabolismului organismelor vegetale sau animale Acest tip de comunicare chimică se realizează atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic prin intermediul unor metaboliţi cu o mare capacitate de dispersie implicacircnd de asemenea utilizarea unor organe receptoare foarte sensibile care să permită organismelor depistarea acestor substanţe semnal chiar icircn cazul icircn care concentraţia lor icircn mediu este extrem de redusă Această modalitate de comunicaţie permite diferitelor specii să-şi semnaleze prezenţa să se orienteze icircn spaţiu să se apere să faciliteze sau să inhibe procese complexe cum sunt hrănirea reproducerea şi creşterea organismelor

Comunicaţiile pe căi chimice reprezintă de fapt interacţiuni ale speciilor prin intermediul unor substanţe oligodinamice denumite uneori şi bdquomolecule semnalrdquo produse de organisme de regulă icircn cantităţi foarte mici dar cu un grad mare de concentraţie şi o capacitate remarcabilă de dispersie icircn diferite medii

Acest tip de substanţe pot acţiona asupra indivizilor din aceeaşi specie caz icircn care sunt denumite bdquoferomonirdquo sau pot avea efecte asupra altor specii caz icircn care unii specialişti le numesc bdquoecomonirdquo Exemplele sunt foarte numeroase diversificate şi extrem de interesante atacirct icircn mediul terestru cacirct şi icircn mediul acvatic

Unele specii de peşti cum sunt migratorii anadromi specii de somoni acipenseride (sturioni) care se reproduc icircn apele dulci curgătoare dar cresc şi se dezvoltă icircn ecosisteme acvatice marine sunt capabile să se orienteze icircn funcţie de compoziţia chimică (sau biochimică) a apelor Noile generaţii care ajung la vacircrsta reproducerii pot bdquorecunoaşterdquo drumul spre apele icircn care au venit pe lume cu ajutorul unor organe specializate care detectează bdquourmerdquo ale compoziţiei chimice ale acestor ape curgătoare icircn mări sau oceane

Se apreciază că fluvii cu debite de aproximativ 6000 m3secundă pot fi regăsite de unele specii de organisme acvatice migratoare de la o distanţă de peste 800 km depărtare de zona de vărsare a acestora icircn mare sau ocean Experimente realizate asupra rechinilor demonstrează capacitatea incredibilă a acestor specii de a detecta urme de sacircnge (ceea ce implică prezenţa unui animal rănit) de la o distanţă de aproximativ 2000 m

Substanţe rezultate din metabolismul unor specii de alge microscopice pot acţiona ca un inhibitor al dezvoltării altor specii din biocenoză fie specii vegetale fie animale Unele substanţe de natură antibiotică eliminate icircn apă de către alge pot modifica densitatea microflorei bacteriene Dezvoltarea icircn exces a cianoficeelor (alge albastre) şi creşterea icircn acest mod a concentraţiei de metaboliţi specifici determină inhibarea dezvoltării algelor silicioase (diatomee)

Relaţiile dintre speciile unei biocenoze pot fi abordate şi sub aspectul rolului pe care acestea icircl pot avea icircn cadrul biocenozei din punct de vedere al modului icircn care influenţează diverse procese esenţiale pentru funcţionarea ecosistemului

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 37: Introducere în ecologie

Icircntre speciile unei biocenoze există un anumit tip de relaţii care influenţează modul de reproducere al unor specii Aceste relaţii de reproducere se manifestă icircn sensul că reproducerea unor specii este stracircns legată de existenţa şi activitatea altor specii fără de care speciile dependente nu ar putea realiza reproducerea Un exemplu icircl poate reprezenta specializarea la care a ajuns din acest punct de vedere o specie de peşte prezentă şi icircn apele dulci ale Romacircniei Rhodeus sericeus amarus (cunoscută sub denumirea populară de boarţă) depune ponta (icrele) numai icircn camera paleală a unor lamelibranhiate ale genurilor Unio sau Anodonta

Seminţele unor specii de plante ating stadiul de germinaţie sau sunt transportate spre locurile favorabile icircn acest scop numai dacă au trecut prin tractusul digestiv al unor mamifere specializate icircn consumul acestor plante Multe din speciile parazite depind icircn totalitate de gazdele lor pentru a realiza reproducerea sau atingerea unor stadii obligatorii icircn dezvoltarea acestora

Cele mai semnificative legături dintre specii icircn cadrul biocenozei sunt icircnsă relaţiile trofice extrem de diversificate ca formă de manifestare Acest tip de relaţie se poate manifesta atacirct icircn cadrul aceluiaşi nivel trofic (caz icircn care acestea sunt relaţii de competiţie pentru resursele de hrană) cacirct şi icircntre nivele trofice diferite modalitate prin care se realizează transferul de materie şi energie icircntre două nivele trofice distincte O astfel de relaţie este reprezentată de relaţia pradă-prădător care este frecvent utilizată icircn studiul dinamicii populaţionale icircn contextul modelării proceselor de reglare efectivului populaţiei

Există şi alte tipuri de relaţii icircn cadrul biocenozei relaţii care se manifestă icircnsă nu icircntre populaţii distincte ci chiar icircn cadrul populaţiei Ele sunt denumite relaţii homotipice sau intraspecifice şi se stabilesc icircntre indivizii aceleiaşi specii Ele sunt legate de un anumit tip de comportament (relaţii etologice) al indivizilor din aceeaşi populaţie sau icircn grupări ale indivizilor icircn cadrul unor procese cum sunt cele de reproducere hrănire dezvoltare care presupun deplasarea apărarea etc

Din acest punct de vedere amintim tendinţa indivizilor unor specii de a se grupa pentru a putea realiza aşa numitul efect de grup se

poate demonstra că din punct de vedere fizic deplasarea activă icircn grup a unor organisme (spre exemplu peşti) icircn masa apei este mai economică din punct de vedere al consumului energetic decacirct deplasarea individuală iar din punct de vedere ecologic modul de apărare icircmpotriva prădătorilor este de obicei mult mai eficient

efectul de masă care controlează natalitatea unor populaţii icircn sensul scăderii ratei natalităţii icircn cazurile icircn care densitatea indivizilor depăşeşte anumite limite maxime

competiţia intraspecifică (icircntre indivizii unei populaţii) ce determină comportamente speciale legate de teritorialitate (stabilirea teritoriului propriu de viaţă al unui individ al unei familii sau grupări de indivizi) stabilirea unor ierarhii icircn cadrul populaţiei sau grupului de indivizi concurenţa la hrană sau pentru zonele de reproducere icircn cazul icircn care aceste resurse sunt limitate

Efortul de a cuprinde icircntr-o clasificare acceptabilă multitudinea relaţiilor ce se manifestă icircntre populaţiile biocenozelor poate fi o icircncercare extrem de dificilă (uneori nerelavantă) datorită diversităţii şi uneori complexităţii deosebite a acestora Mai importantă este icircnţelegerea funcţionării acestor relaţii a rolului lor icircn activitatea biocenozei şi din punct de vedere practic a modului icircn care acestea influenţează productivitatea biocenozei

5 4 Structura trofică a biocenozei

Structura trofică a biocenozei are la bază manifestarea relaţiilor de hrănire dintre speciile componente Unele specii produc energie pentru creştere şi reproducere icircn timp ce altele consumă energie pentru realizarea aceloraşi procese Nivele trofice de bază sunt cel al producătorilor şi al consumatorilor dar putem icircmpărţi consumatorii icircn mai multe grupe Structura trofică generală are următoarele componente

producători primari (organisme autotrofe) specii capabile să producă substanşa organică proprie utilizacircnd resurse energetice externe (lumina solară substanţe chimice anorganice elemente minerale) cum sunt toate plantele fotosintetizante (unele bacterii şi unele microorganisme fotosintetizatoare sau chemosisntetizatoare

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 38: Introducere în ecologie

consumatori primari sau consumatori de ordinul I (organisme erbivore) specii a căror hrană este constituită icircn exclusivitate de plante

consumatori secundari sau consumatorii de ordinul II (prădătorii) specii care au ca principală sursă de hrană organismele erbivore (paşnice)

detritivori sau specii saprofage care se hrănesc cu resturile alterate ale plantelor şi animalelor cum sunt speciile necrofage (consumatoare de cadavre) speciile saprofage (care consumă detritus materie organică aflată icircn proces de descompunere) şi speciile coprofage (consumatoare de excremente)

omnivori adică organisme care consumă atacirct plante cacirct şi animaleDescompunătorii reprezintă grupul speciilor de microorganisme (bacterii ciuperci microscopice) care

sunt implicate icircn procesele de mineralizare a materiei organice nevii adică reducerea acestora la elementele sau combinaţiile chimice anorganice modalitate prin care se completează (bdquoicircnchiderdquo) circuitul materiei icircn ecosistem prin eliberarea mineralelor fixate (rdquoblocaterdquo) temporar icircn organismele vii Icircn această accepţie se poate afirma că nivelul trofic reprezintă o grupare de specii care icircndeplinesc funcţii identice ca semnificaţie icircn ceea ce priveşte procesul de hrănire De fapt clasificarea nivelelor trofice poate fi reprezentată şi ca o clasificare a funcţiilor de natură trofică pe care speciile le icircndeplinesc icircn cadrul biocenozei

Icircn cazul icircn care se consideră structura nivelelor trofice sub aspect cantitativ adică din punct de vedere al efectivelor populaţiilor al masei (biomasei) sau energetic raporturile dintre speciile aflate pe diferite nivele trofice pot fi exprimate şi descrise grafic prin piramida ecologică ce modelează modul bdquopiramidalrdquo icircn care este structurată natura

bdquoPiramida naturiirdquo constă dintr-o bază alcătuită din plantele verzi cu un nivel superior ocupat de animalele erbivore nivele superioare fiind caracteristice diferitelor tipuri de carnivore Factorul determinant pentru populaţiile animale este reprezentat de cantitatea de hrană existentă pe arealul specific

Un alt factor important pentru acest tip de structurare este metoda pe care animalele o utilizează pentru obţinerea resurselor nutritive Prădătorii trebuie să posede o talie suficient de mare şi să fie bine dotaţi pentru a captura prada Unele specii prădătoare vacircnează icircn grup (haită) deoarece această modalitate le permite capturarea unor prăzi de talie mai mare decacirct dimensiunea individuală

Piramida este utilizată ca un instrument general pentru studiul stării biocenozei Astfel raporturile exprimate numeric dintre organismele situate pe diferite nivele trofice pot fi redate cu ajutorul piramidei eltoniene denumită astfel după cel care a introdus noţiunea Ch Elton (1927) Icircn figura 11 cifrele reprezintă numărul de indivizi din fiecare din cele trei nivele trofice reprezentate P reprezintă producătorii primare iar C1 şi C2 consumatori de diferite ordine (primari şi secundari)

Figura 11 Piramida eltoniană (după Botnariuc şi Vădineanu 1982)

Interacţiunile dintre speciile aflate pe nivele trofice diferite sunt determinate mai ales de relaţiile de hrănire Aceste relaţii constituie aşa numite lanţuri trofice care descriu bdquotraseelerdquo pe care se produce transferul de materie şi energie icircn ecosistem

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei
Page 39: Introducere în ecologie

Icircn realitate lanţurile trofice nu sunt atacirct de simple lanţurile principale fiind conectate şi icircntrepătrunse cu mai multe lanţuri trofice secundare realizacircnd o reţea trofică uneori dificil de descris datorită complexităţii acesteia

Acesta este motivul pentru care analiza sub aspect cantitativ şi calitativ a lanţurilor trofice este laborioasă presupunacircnd metode de studiu ştiinţific ce trebuie să determine riguros spectrul nutritiv al populaţiilor ce reprezintă diferite verigi ale lanţului trofic

Lanţurile trofice pot fi considerate sisteme morfologice ale fluxului de energie icircn ecosistem fapt care permite descrierea piramidei ecologice şi icircn termeni cantitativi Există mai multe modele cantitative utilizate sau descrise de literatura de specialitate Unul dintre acestea este piramida biomaselor care cuantifică icircntreaga biomasă de la fiecare nivel trofic Biomasa poate fi considerată ca masa materiei vii exprimată icircn unităţi de masă de substanţă uscată pe unitate de suprafaţă sau de volum (uneori icircn cazul ecosistemelor acvatice)

Atunci cacircnd se intenţionează reliefarea aspectului energetic se poate utiliza piramida energetică Pornind de la echivalentul energetic al biomasei piramida energetică exprimă energia icircnglobată la fiecare nivel trofic

Valoarea energetică poate fi exprimată prin unităţi de măsură a energie foarte frecvent fiind utilizată caloria sau prin producţia de biomasă raportată la unitatea de suprafaţă şi la un anumit interval de timp (o zi o lună etc)

55 Productivitatea ecologică

Productivitatea reprezintă conversia energiei icircn biomasă ceea ce icircnseamnă că la nivelul individului biologic productivitatea este apreciată de creşterea organismului şi reproducerea lui Deşi icircn ultimă instanţă icircntreaga energie derivă din radiaţia solară nu toată această energie este utilizată de plante o cantitate importantă fiind disipată icircn diverse procese (energie solară reflectată pierderi calorice) ceea ce determină ca producţia primară brută să fie reprezentată de cantitatea de energie solară asimilată icircn timp ce producţia primară netă să reprezinte numai cantitatea de energie care este de fapt transformată icircn biomasă

Dacă prin biomasă vom icircnţelege mai exact cantitatea de substanţă organică acumulată icircntr-o anumită perioadă de timp şi cuantificată la un moment dat rata acumulării acestei producţii defineşte noţiunea de productivitate

  • 5 Biocenoza
    • 52 Conceptul de nişă ecologică
    • 53 Relaţii inter-populaţionale
    • 5 4 Structura trofică a biocenozei