Consiglio Nazionale delle Ricerche
Corso di formazione integrata scientifica e tecnologica
(A.S. 2002/03)
http://usr-lazio.artov.rm.cnr.it/fiset2002/
Modulo 6:
Aspetti chimico-fisici e biologici
dell’ambiente "suolo"
Daniela Lippi e Maria Rita De Paolis
Istituto di Biologia Agroambientale e Forestale
Area della Ricerca di Roma1 “Montelibretti” - [email protected]
Come raggiungere l'Area di Roma1-Montelibretti
L’Area, al km. 29,300 della via Salaria,
traversa via della Neve, direzione Palombara
Sabina, è raggiungibile da Roma:
 con la Linea ferroviaria FM1 (Fiumicino
Aeroporto-Fara Sabina), una corsa ogni
15 minuti, direzione Fara Sabina;
fermata “Pianabella di Montelibretti”,
la prima dopo Monterotondo-Mentana.
Il tempo medio di percorrenza è di 30 min.
circa dalla stazione Tiburtina.
 in auto: via Salaria in direzione Rieti,
25-30 min. circa dal GRA.
L’ingresso dell’Area si trova a poche decine
di metri dalla fermata del treno, sulla sinistra
salendo verso Palombara.
Calendario degli incontri del modulo 6:
Aspetti chimico-fisici e biologici dell’ambiente "suolo"
1. Ecosistema suolo
06/02
Artov
2. Pedogenesi
13/02
Mlib
3. Turnover della sostanza organica nel suolo
20/02
Mlib
4. Ecologia delle popolazioni microbiche del suolo
27/02
Mlib
5. Ciclo dell’Azoto
04/03
Mlib
6. Ciclo del Carbonio
13/03
Mlib
Aspetti chimico-fisici e biologici dell’ambiente "suolo"
1. Ecosistema suolo
 Introduzione
 Concetti di ecologia
 Organismi viventi e cicli degli elementi nutritivi
 Produttori, consumatori e decompositori
 Proposte di lavoro con gli alunni
1. Ecosistema suolo
Introduzione
Il suolo è una struttura dinamica che ha
una origine
una vita
una fase terminale
La qualità del suolo è definita come l’insieme delle proprietà fisiche, chimiche e
biologiche
che
forniscono un substrato per la crescita delle piante
regolano e ripartiscono l’acqua nei diversi comparti del
sistema ambientale
governano le trasformazioni di composti potenzialmente
nocivi per l’ambiente.
La qualità e lo stato di “salute” del suolo sono vitali per la sostenibilità della
vita sulla terra: determinano
la produzione alimentare
e come conseguenza,
la qualità dell’ambiente
l’equilibrio globale
le molteplici funzioni degli ecosistemi
la vita di piante, animali, uomo.
La qualità del suolo dipende da
Condizioni strutturali
Sostanza organica
Tuttavia
l’esistenza dell’ecosistema suolo si basa sulle comunità microbiche
Il suolo è una comunità di organismi, ricca di relazioni, nella quale la vitalità e
la funzionalità delle popolazioni sono essenziali per l’efficienza.
Il suolo stesso è un organismo “vivente”:
il numero di organismi contenuto in
circa 10 grammi di suolo può superare
9 miliardi, vale a dire una volta e
mezzo l’intera popolazione umana.
1. Ecosistema suolo
Ecologia
Concetti di ecologia
termine del biologo tedesco Ernst Heinrich Haeckel (1869)
deriva da
oikos = “casa” o “posto per vivere”
logos
Quindi,
= “discorso”
l'ecologia è lo studio della "vita nella casa”,
in particolare di
tutte le relazioni tra gli organismi ed il loro ambiente.
Economia deriva ugualmente da oikos + nomics (“gestione”)
“gestione del posto in cui si vive”
Sinecologia = studio delle relazioni tra l’ambiente e gli organismi che lo popolano
Autoecologia = studio di una specie e dei fattori ambientali che la influenzano
Biosfera
insieme di tutti gli ambienti naturali esistenti sulla
Terra e di tutti gli organismi viventi che li popolano.
atmosfera
La biosfera (o ecosfera) comprende
 la superficie terrestre, con
il sottosuolo fino a poche
decine di metri di profondità,
biosfera
 gli oceani, mari, fiumi, laghi...
 l'atmosfera fino a qualche
migliaio di metri di quota.
geosfera
idrosfera
Ecosistema
unità funzionale di base, definito come
insieme dei componenti biotici e abiotici
•
Fase biotica o biocenosi  costituita dalle comunità degli organismi viventi
•
Fase abiotica  le condizioni fisiche e chimiche in cui gli organismi vivono
Bioma costituito dall’insieme delle associazioni di piante, animali e altri
organismi viventi, caratteristico di una particolare area geografica,
definito in base al tipo di vegetazione dominante: foresta, tundra …
Habitat
 l’ambiente che presenta tutte le caratteristiche
fisico-chimiche favorevoli per la sopravvivenza di una
popolazione. E’ la strada e il numero della casa dove un
organismo vive (indirizzo).
Nicchia ecologica
 non si riferisce al luogo dove si trova una data popolazione,
ma al suo ruolo funzionale nella comunità. E’ la funzione di un
organismo (professione).
Ampiezza ecologica
Sovrapposizione di nicchia


• Limiti fisiologici
• Corporazioni
• Ecotipi
• Interazioni
Ampiezza ecologica, o “range di tolleranza”, è la capacità di ogni specie
di crescere, riprodursi e sopravvivere in un ambiente.
E’ determinata dal livello dei fattori abiotici dell’habitat (temperatura, luce,
umidità, pH, potenziale di ossidoriduzione,…)
Ogni specie vivente ha dei propri limiti fisiologici di tolleranza,
oltre i quali non riesce a sopravvivere e ad avere delle funzioni vitali.
 un massimo
• Fattore limitante
 un minimo
• Interazione di fattori - Compensazione
 un ottimale
Una popolazione ben adattata, con valori ottimali
e limiti adattati alle condizioni locali è un
Ecotipo
Stenotipo
Euritipo
“stretto”
“ampio”
Risorse utilizzate
Sovrapposizione di nicchia
Distanza tra i vertici
della nicchia
Specie
J
Specie
K
Ampiezza
Sovrap=
posizione
Dimensione di nicchia
• Corporazione = specie della stessa comunità con ruolo e dimensioni di
nicchia comparabili.
• Equivalenti ecologici = specie con simili nicchie, in regioni geografiche
diverse.
• Interazioni = rapporti tra popolazioni che regolano distribuzione e crescita.
Possono essere
Benefiche
Commensalismo
Cooperazione
Mutualismo
(o Simbiosi)
Neutre
+ 0
+ +
+ +
Neutralismo
Dannose
0 0
Competizione
Amensalismo
Parassitismo
Predazione
+
+
0
-
1. Ecosistema suolo
Organismi viventi e cicli degli elementi nutritivi
Gli organismi viventi e l'ambiente sono legati tra loro in maniera inseparabile e
interagiscono reciprocamente, in modo tale che un flusso di energia porta a una
ben definita struttura trofica e ad una ciclizzazione degli elementi nutritivi.
La sostanza vivente (protoplasma) è soggetta a trasformazioni cicliche.
Costruzione: da composti inorganici  sintesi di sostanza organica
fotosintesi - anabolismo
Demolizione: da sostanza organica  ripristino dei composti inorganici
mineralizzazione - catabolismo
Le fasi anabolica e
catabolica
sono intermedie e
rappresentano la
costruzione e la
demolizione della
sostanza organica
nell'organismo vivente.
Ne costituiscono il
metabolismo
Ciclo dell’azoto
L'azoto è il nutriente più
richiesto da tutti gli
organismi viventi che lo
assumono generalmente
sotto forma di ammonio,
nitrati e composti organici.
Queste forme azotate
sono piuttosto scarse
nelle acque e nel terreno
per cui l'azoto diviene spesso
il fattore limitante nello
sviluppo e nella crescita di
tutti gli organismi viventi.
Ciclo del carbonio
Il carbonio,
elemento centrale
nella struttura della
materia vivente,
viene
prelevato come CO2
utilizzato e
restituito all’ambiente come CO2
attraverso funzioni diverse e meccanismi di trasferimento che interessano
tutti i livelli trofici e l’intera biosfera,
1. Ecosistema suolo
Produttori, consumatori e decompositori
Tutti gli organismi viventi
sono divisi in tre grandi
gruppi:
Produttori primari
organismifotosintetici,aut
otrofi
Consumatori
organismi
eterotrofii
Decompositori
microrganismi
batteri e funghi
 autotrofi: sono gli organismi in grado di sintetizzare
molecole biologiche ad alta energia a partire da molecole
inorganiche a bassa energia.
 eterotrofi: sono gli organismi che per il proprio
metabolismo utilizzano molecole organiche complesse
sintetizzate dagli organismi autotrofi.
Catena alimentare
Trasferimento di energia alimentare
dagli organismi produttori
agli organismi consumatori
Le catene alimentari si dividono in:
 Catene alimentari di pascolo
 Catene alimentari di detrito
Flusso di energia
In una catena alimentare naturale la quantità di energia diminuisce
da un livello all’altro, ma la sua qualità, cioè la capacità di compiere
un lavoro, aumenta.
Il flusso di energia e di materia
all’interno di un ecosistema è
rappresentato anche dalle
PIRAMIDI ECOLOGICHE,
o dei numeri o di biomassa, che
raffigurano graficamente
le biocenosi
Serpenti
Lucertole
Insetti
Piante terrestri
Terraferma
1. Ecosistema suolo
Proposte di lavoro con gli alunni
Corrispondenze
Decompositore
Ecosistema
Produttore
Habitat
Nicchia
Consumatore
Cerca gli intrusi
Produttori
Consumatori
Decompositori