Ecosistemul

Ecosistemul

In cadrul biosferei se constituie o ierarhie caracteristica:

☼ - ecosistemul planetar;

☼ - biomul (ansamblu a mai multor ecosisteme bine deferentiate; ex. padurea);

☼ - biom-tip (subsistem al biomului; ex. padurea de foioase).

In functie de întindere, ecosistemele pot fi:

☼ - microecosisteme (balta, teren cultivat etc);

☼ - mezoecosisteme (lac, padure, curs de apa etc) (Fig. 3-3);

☼ - macroecosisteme (mare, ocean, tundra etc).

Ecosistemul este o unitatea functionala fundamentala a biosferei caracterizata de un tip determinat de interactiuni dintre componentele organice si anorganice si o configuratie energetica proprie ce 18518t1914s asigura desfasurarea ciclurilor biogeochimice, circulatia substantei si transformarile energiei (Stugren, 1965).

Dintre toate sistemele ecologice supraindividuale, ecosistemul este cel mai mult mediatizat în ultimii 35 de ani. Desi termenul de ecosistem a fost introdus în stiinta abia dupa 70 de ani de la constituirea ecologiei el a fost intuit (chiar omul primitiv a avuit idee ce înseamna o padure, savana, un lac sau un teren cultivat). Un precursor al ecologiei moderne este considerat Humboldt (1769) el folosindu-se în lucrarile sale de denumirea de tipuri de vegetatie. Dupa ce s-a constituit terminologia de ecologie (Haeckel, 1866) nu s-a afirmat imediat si conceptul de ecosistem.

Sukacev (1961) propune ca sinonimie, denumirea de biogeocenoza (comunitati ale vietii si scoartei) (Fig. 3-4).

Fig. 3-3. Reprezentarea simplificata a celui de al 4-lea nivel de ierarhizare, ecosistemul. Aici - ecosistemul de pasune si fânate, aici reprezentat de speciile vegetale componente si totalitatea animalelor caracteristice (implicit cele din sol din categoria nevertebratelor mici sau a reprezentantilor regnurilor Monera si Protista)..

Fig. 3-4. Ecosistemul înteles ca biogeocenoza (dupa Sukacev, 1961)

Notiunea a fost lansata în stiinta de botanistul englez Tansley (1935): " în afara de asociatiile vegetale un concept mai fundamental este sistemul întreg, care cuprinde nu numai complexul de organisme dar si factorii fizici care formeaza ceea ce numim mediul biomului;.,.. desi obiectul care ne intereseaza mai mult este organismul atunci când încercam sa patrundem esenta lucrurilor, nu-l putem separa de mediul sau în asociere cu care formeaza un anumit sistem fizic; .. se constituie sisteme, care din punctul de vedere al ecologului sunt unitatile de baza ale naturii pe suprafata pamântului; . aceste ecosisteme, cum le-am putea denumi sunt de cele mai variate feluri si dimensiuni si ele formeaza o categorie din multimea sistemelor fizice ale Universului.(cit. dupa trad. din Soran si colab., 2001).

            Ecosistemul este unul din sistemele fizice din care este edificat Universul (Tansley, 1935).  Ecosistemele sunt unitati functionale fundamentale ale biosferei, entitati diversificate cu limite spatio-temporale. Ecosistemul fiind un sistem ecologic el integreaza unitar, prin interactiuni complexe, într-un  tot unitar componentele sale caracteristice: un subsistem biotic (comunitatea, biocenoza) si un subsistem fizic (biotopul). Distinct si heterogen ca si compozitie ecosistemul are o structura interna, un ciclu al materiei si un ciclu biogeochimic.

"Ecosistemul = o unitate spatiala explicita a pamântului care include toate oraganismele din aceasta si toate componentele mediului abiotic (neviu) din cadrul ei" (Tansley, 1935). Este dificil de a determina limitele spatiale ale ecosistemului (la cele terestre este mai dificil decât la cele acvatice) (Fig. 5). 

Ulterior, Lindeman (1942) defineste ecosistemul ca "unitate formata prin reunirea proceselor active fizice, chimice si biologice care se petrec în interiorul unei unitati spatiu-timp de orice marime, cuplând unitatea vie cu mediul ei abiotic".

Ecosistemul este constituit asadar din biocenoza = comunitate (Mobius, 1877) = biota (= totalitatea organismelor vii - bacterii, ciuperci, plante, animale - care alcatuiesc microbocenoza = bacteriocenoza, fungicenoza, fitocenoza si zoocenoza) si biotop = ecotop = abiota = ? habitat (sol + clima - climatop si edafotop). Prezenta omului are o semnificatie deosebita în influentarea si modelarea ecosistemelor.

 Multitudinea relatiilor care se stabilesc între elementele componente ale ecosistemului (biogeocenoza) sunt mai edificator ilustrate în Fig. 3-5.

Fig. 3-5. Complexitatea activitatii biologice sub influenta mediului si rezultat al interactiunilor, intra- si interspecifice, la nivelul ecosistemului (dupa Mac, 2003).

            Clasificarea în raport de Proiectul EC CORINE al biotopurilor (European Comunities Classification)(CEC, 1991), azi sunt recunoscute urmatoarele 8 tipuri de ecosisteme:

            a. Paduri.

            b. Tufisuri (arbusti) si pasuni-pajisti.

            c. Râuri si lacuri tipice.

            d. Mlastini, smârcuri, balti.

            e. Ecosisteme marine si de coasta.

            f. Zone montane cu caracteristici aparte: roci si grohotis.

            g. Desert si tundra.

            h. Ecosisteme agricole si urbane.

            Tipologia ecosistemelor pare a fi mai extinsa deoarece în clasificarea de mai sus unele sunt grupate iar altele sunt prezentate ca biomuri (ex. padurea) dar care este constituita din biom-tipuri, acestea fiind dupa unii ecologi adevaratele ecosisteme. In acest fel s-a estimat si productivitatea neta a ecosistemelor (Tabelul 1).

            Tabelul 1

Tipologia ecosistemelor de pe Terra si productivitatea neta (materie uscata) (dupa Encyc. Larousse, 1993)

* - datele cantitative se refera la ambele pozitii 14 si 15; ** - datele se refera la pozitiile 18 si 19; *** - datele cantitative se refera la pozitiile 21 si 22

Tabelul 2

Câteva categorii sistematice reprezentative ale pedofaunei dintr-un ecosistem natural tip padure de foiase (Franta), biomasa si respiratia lor (dupa Encyclop. Larousse, 1993).

            Productivitatea primara. Datele sintetice din Tabelul 1 ilustreaza convingator, calitatea ecosistemelor si scoate în evidenta diferenta dintre ele. In conditiile în care ecosistemele functioneaza corespunzator si normal, în fiecare an la nivelul Terrei, cantitatea de materie organica provenita de la vegetatie este estimata la 117,5 milioane tone/mediu terestru (substanta uscata) si 55 miliarde t/mediu acvatic marin. In acest caz, productivitatea ecosistemelor terestre este dubla. Aceste valori desi par mari, ele corespund unui randament destul de slab al fotosintezei (0,25% în mediu terestru si 0,06% în mediul marin-oceanic). In mediul terestru productivitatea primara este în corelatie directa cu doi factori limitativi esentiali: temperatura si umiditatea (regiunile calde si umede au o productivitate primara ridicata; regiunile reci si uscate au productivitate scazuta). Productivitatea în agroecosisteme variaza între 2-20 t/ha/an si nu este în general mai mare comparativ cu productivitatea ecosistemelor naturale.

Productivitatea secundara. Reprezinta materia vegetala convertita în substanta animala în unitatea de timp. Productivitatea secundara este ridicata în zonele ierboase ale regiunii tropicale si este scazuta în regiunile temperate si paduri. Biomasa pradatorilor reprezinta doar cca. 1% din biomasa erbivorelor care constituie prada lor (baza trofica).  In mediul terestru biomasa animala reprezinta 1% din biomasa vegetala (cantitativ, pentru o aceeasi suprafata vegetatia are o biomasa mai mare de 100 ori decât cea a animalelor). Nevertebratele alcatuiesc numai ele cam 90-95% din biomasa animala. In Tabelul 2 sunt prezentate câteva grupe sistematice de nevertebrate, elemente dominante ale pedofaunei si energia eliberata de catre acestea.

Referitor la ecosistemele antropizate, este evident ca ponderea acestora este în continua extindere, în detrimentul ecosistemelor naturale. Ecosistemele agrare si urbane sunt caracterizate de o biodiversitate extrem de redusa ceea ce are implicatii majoare asupra echilibrelor din ecosisteme iar relatiile dintre verigile lanturilor trofice sunt extrem de deficitare. Tinderea spre monocultura fara a pune accent pe coridoarele ecologice va influenta negativ aceste echilibrul ecologic în aceste ecosisteme. Cele urbane se înscriu pe aceeasi linie. Influenta factorului antropic în operatiunile de restaurare ecologica poate modifica "peisajul urban", prin sporirea biodiversitatii. Extinderea spatiilor verzi este rezultatul acestor actiuni, iar fizionomia unor ecosisteme urbane s-a schimbat foarte mult ca urmare a acestor actiuni.

            Tipologia generala a ecosistemelor  

            Exista 4 categorii de ecosisteme:

                        a. Ecosisteme terestre. Limita dintre doua ecosisteme terestre este caracterizata de anumite combinatii de specii vegetale (uneori delimitarile sunt nete si clare). Când limita est larga atunci exista o fâsie de tranzitie numita ecoton. Este o arie de "tensiune ecologica" unde se întâlnesc doua comunitati de specii. Frecvent, numarul de specii este mai ridicat în ecoton decât în oricare din ecosistemele care se învecineaza (ex. la marginea padurii, la limita cu pasunea sunt mai multe pasari decât în padure, dar si gegetatia sau fauna de insecte sunt interesante). In aceasta zona exista o influenta favorabila a fâsiei de tranzitie asupra plantelor si animalelor, Se spune ca exista un efect de muchie.Ecotonul de la limita superioara a padurii este o adevarata zona de lupta pentru existenta.

                        b. Ecosisteme subterane. Aceste ecosisteme sunt mai interesante cu o configuratie aparte ecotonul fiind la intrarea în cavitate si unde va exista adapostita o fauna bogata de nevertebrate.

                        c. Ecosisteme de ape interioare. Acestea sunt lacuri, fluvii, estuare. Biocenozele din lacuri sunt delimitate dupa factori hidrologici )si dupaa configuratia substratului. Ecotonul se formeaza atât spre tarm cât si spre oglinda lacului. In fluvii delimitarea ecosistemelor se face pe baza gradientului de înclinare a pantei, de la izvor spre varsare si cu viteza apei. Principiul este valabil mai ales pentru comunitatile de necton. Pentru benton delimitarea se face pe baza naturii substratului. Estuarele fluviilor sunt zone complexe de tranzitie, un fel de ecoton între apa dulce, continent si mare (un ecoton tipic în estuarele fluviilor tropicale este padurea de mangrove.

                        d. Ecosisteme marine. Ca ecoton functioneaza fâsia îngusta de uscat de pe malul marii, dar spre deosebire de ecotonul padure - pajiste, aici nu are loc efectul de muchie. Nu întotdeauna fâsiile marginale ale ecosistemelor marine functioneaza ca un ecoton, dar limiteledintre zonele de adâncime ale marii functioneaza ca ecotonuri.

Structurarea spatiala interna a ecosistemului

            a. Macrostructura orizontala. In ecosistemele terestre partile structurale orizontale sunt reprezentate de consortii (consortiul = parte de dimensiuni mici a unui ecosistem, ce reuneste într-un scetor îngust de spatiu organisme individuale din diverse specii; un ansamblu distinctiv de mai multe bioskene) Acestea se influenteaza reciproc si nu pot dainui independent unele de altele. Nu este un sistem de populatii ci un sistem de indivizi din diverse populatii sau specii constituind o grupare de organisme în jurul unui organism central de însemnatate fundamentala pentru celelalte.

            Pe orizontala, dispozitia plantelor si animalelor nu este întîmplatoare la nivelul diferitelor biotopuri sau ecosisteme. De-a lungul unui îndelungat proces de coevolutie s-a stabilit o ierarhie bine definita ir "stratificarea"  de acest tip este asociata cu capacitatea de cucerire a niselor ecologice (Fig. 3-6).

☻ - Bioskena. Bâznosanu (1937, 1969) defineste prin bioskena, cel mai mic tip de ecosistem. Iata nominalizate de catre Stugren (1982) câteva bioskne (eritrocitele unor vertebrate ocupate de protozoare-gregarine; spinarea vitelor unde se localizeaza larve de diptere parazite; celulele corpului uman care sunt parazitate de virusuri si se formeaza bioskene în interiorul organismului).

            ☻ - Consortiu. Daca mai multe bioskene se unesc si au caracteristici comune se constituie un consortiu (Stugren, 1982). Consortiu = bioskena (dupa Popovici-Bâznosanu) = cel mai mic spatiu cu conditii uniforme de existenta si cu un fond propriu de plante si animale. Alt sinonim = biochorion (dupaTischler) = centru de actiune si de concentrare a faunei în biotop (vezi anterior si alte detalii).

☻ - Sinuzia. Suprafata ocupata de un ecosistem este mai mult sau mai putin uniforma astfel ca se vor evidentia microhabitate (acesta find populat numai de anumite specii de plante, bacterii, animale, ciuperci). Se defineste astfel o arhitehtonica a ecosistemului, alcatuita din microhabitate  la care se asociaza o parte specifica a biocenozei, ansamblul acesta fiind denumit sinuzii (Stugren, 1965).

            Sinuziile reunesc mai multe consortii într-un complex unitar. Spre deosebire de consortiu, sinuzia are ca nucleu central nu un organism individual ci o populatie sau un compartiment de materie organica moarta Din acest punct de vedere, consortiul este o sinuzie minimala.

Exemple de sinuzii: pernitele de muschi de pe sol, tufe de ferigi, speatiile dintre particolele de sol (aici se asociaza acarieni si colembole), ciupercile cu palarie (sinuzie tipica: pe aceasta parte structurala din ecosistem se asociaza microorganisme, insecte micetofage - colembole, diptere, stafilinide -, insecte rapitoare - nitidulide - himenoptere parazite, limacsi, acarieni, pseudoscorpioni etc).

O b s e r v a t i e.  Notiunea de sinuzie s-a referit initial doar la plante (astfel unii autori  - Gams - considera o ciuperca cu palarie drept o sinuzie în timp ce altii - Tischler - le încadreaza în formatiuni efemere ale cosistemului), dar  Stugren - largeste acceptiunea termenului confrm cu definitia data mai sus.

Fig. 3-6. Modele de stratificare pe orizontala a vegetatiei unui iaz (lac) (dupa Faurie si colab., 1998). 1- Carex riparia - rogoz; 2 - Juncus sp. - pipirig; 3 - Equisetum sp. - coada calului; 4 - Typha latifolia - papura; 5 - Phragmittes communis - trestie, stuf; 6 - Sparganium ramosum - sovâr; 7 - Sagittalia sagitifolia - sageata apei; 8 - Ranunculus sp. - piciorul cocosului; 9 - Scirpus sp. - tipirig; 10 - Nymphaea alba - nufar; 11 - Polygonum sp.; 12 - Ceratophyllum sp. ; 13 - Potamogeton lucens - broasca apei; 14 - Hippuris sp. ; 15 - Myriophyllum spicatum - penita; 16 - Fontinale; 17 - Helodea sp. - ciuma apei; 18 - Vallisneria spicalis - orzoaica-de-apa; 19 - Chara sp.; 20 - Trapa natans - castan de apa, coltan, cornaci; 21 - Stratiotes aloides - foarfeca baltii; 22 - Utricularia vulgaris - otratel de apa; 23 - Hydrocaris sp. ; 24 - Lemna sp. - lintita.

1-3 = zona cu Carex (0 m); 4-8 = zona cu Phragmites (0-1,5m); 9 = Zona cu Scirpus (1,5-3 m); 10-12 = zona cu Nymphaea (3-4 m); 13-15 = zona cu Potamogeton (4-5 m); 16-19 = zona cu Chara (>5 m); 20, 21, 22, 23, 24 = plante flotante.

☻ - Stratul. Sinuziile difera atât pe orizontala cât si pe verticala deoarece microhabitatul, ca parte fizica, anorganica, variaza în acest fel. Pe verticala ecosistemul apare astfel stratificat, Deci straturile sunt parti structurale ale ecosistemului, suprapuse pe verticala formând grupuri de sinuzii care se deosebesc între ele prin distributia factorilor fizici, prin cantitatea de substanta vie, prin combinatia de specii si prin fizionomie ecologica. Prin stratificare se realizeaza un grad mai mare de specializare trofica a animalelor.

Iata câteva exemple de straturi pentru  ecosisteme terestre bine constituite (Fig. 3-7):

- padure: orizontul mineral; stratul de dezagregare si concentrare; orizontul organic (stratul de humus, pantoma, planseul); zona plantelor ierboase; arbusti (subarboret); arbori (arboret);

- fânat: orizontul mineral; stratul de dezagregare si concentrare; stratul de pamânt cu profile de radacini; stratul ierburilor scunde; stratul ierburilor înalte;

- lac: zona de fund (a adâncurilor, de descompunere); zona plantelor submerse; stratul plantelor plutitoare; zona stufului; zona de islaz.

In afara de sinuzii, în ecosistem exista ale doua unitati structurale, dar care au durata scurta de viata si sunt aparitii  întâmplatoare: biochoria (microcenoza, centru de actiune) si merocenoza.

Fig. 3-7. Stratificarea pe verticala la nivelul unei paduri. Straturile de vegetati si de la nivelul solului sunt însotite de o stratificare si a reprezentantilor celorlalte regnuri ale viului. I - stratul hipogeu mineral; II - stratul hipogeu organic al solului (dupa Stugren, 1965) (1 - larve de insecte; 2 - ciuperci; 3 - micromicete; 4 - bacterii; 5 - enchitreide si nematode; 6 - protozoare; 7 - lumbricide; 8 - miriapode); III - stratul epigeu inframuscinal = patoma (constituit din muschi si licheni; A - colembole; B - izopode); IV - stratul ierbos de talie mica (specii de plante de talie mica; specii de animale vertebrate care traiesc numai pe sol; ex. caprioara); V - stratul ierbos de talie înalta si arbustiv (include si speciile de insecte si pasari ce zboara la acest nivel); VI - stratul arboricol; VII - coronamentul (e, f - specii de animale caracteristice ca mediu de viata pentru acest nivel)

☻ - Biochoria (microcenoza). Este o parte structurala din ecosistem, un loc în care se cncentreaza substanta vie si aceasta se realizeaza acolo unde trecator exista condtii abiotice mai favorabile de viata, protectie mai buna si cantitate mai mare de hrana (ex. un trunchi de copac putred care s-a prabusit la pamânt, un cadavru de animal, excrementele animalelor, vizuinile, scorburile, cuiburile, musuroaie de furnici, capite de fân, gramezi de balegar, bolovani partial îngropati în sol, licheni de pe copaci etc).

☻ - Merocenoza. Este o formatine în cadrul sinuziei sau biochoriei, constituita din merohabitat (parte structurala în cadrul sinuziei sau biochoriei) si organismele ce-l populeaza (ex. de merocenoze: frunzele, conurile de brad, florile, ramurile de arbori etc).

                        b. Macrostructura verticala (stratificarea). In ecosistemele terestre, stratificarea sau etajarea biocenozelor a fost descoperita din perspectiva botanica de aceea si nomenclatura straturilor din ecosistemele terestre este de natura botanica (Fig. 3-7). Trebuie retinut ca un strat nu este o biocenoza, o "stratocenoza", nu este o unitate sinecologica si functionala autonoma ci este un segment al ecosistemului. Straturile se formeaza datorita variatiilor pe verticala a factorilor fizici si astfel apar diferente în conditiile de mediu pe dferite orizonturi. In formarea straturilor ntervine )si lupta pentru existenta între plante. In acelasi timp în ecosistem exista si o unitate a straturilor.

Fig. 3-8. Stratificarea pe verticala a unui ecosistem marin.

Fig. 3-9. "Stratificarea" pe verticala a megafaunei de la nivelul oceanelor.

            Straturile se deosebesc între ele prin valoarea factorilor microclimatici, prin combinatiile de specii si animale si prin comunitatile microbiene. Specializarea animalelor pe straturi este uneori foarte avansata, astfel ca uneleîsi petrec întreaga viata în acelasi strat. La acest nivel exista urmatoarele straturi:

☺ - orizontul mineral al solului,

☺ - orizontul organic al solului,

            ☺ - patoma (= planseul padurii) (pelicula de alge si licheni de pe sol,  muschii si frunzele moarte = litiera, cu fauna lor caracteristica;  straturile de desasupra patomei = epipatomice),

            ☺ - covorul ierbos,

            ☺ - arbustii = subarboretul,

            ☺ - arborii = arboretul.

            In apele interioare stratificarea este deosebit de pregnanta în lacuri. In functie de reducerea pe verticala a cantitatii de lumina si a concentratiei de oxigen dizolvat în apa, exista 3 straturi:

                        ☺ - litoralul;

                        ☺ - sublitoralul;

                        ☺ - profundalul.

Alteori denumirea este data de fizionomia vegetatiei în special (zona de izlaz----zona stufului----zona plantelor plutitoare-----zona plantelor submerse----zona de hranire----zona de pasaj----zona de profunzime).

Ecosistemele marine  sunt stratificate pe adâncime (Fig. 3-8) cea mai pregnanta stratificare fiind în litoral. Uneori stratificarea zoobentosului corespunde cu cea a fitobentosului, alteori nu exista nici o corelare. Un aspect interesant este cel al "stratificarii" faunei oceanului. La aceste nivele, limitele dintre zone sunt respectate corelat cu existenta si marimea niselor  dependent de specie si corelat cu modelul comportamental specific (Fig. 3-9)