ECOSISTEMA
Ingegneria Sanitaria-Ambientale
Claudio Lubello
Definizione
• L’ecosistema è un insieme interagente di comunità
biotiche e ambiente fisico circostante. Si parla di
biosfera o ecosfera quando si fa riferimento a tutti gli
organismi viventi sulla terra e tutto l’ambiente fisico
che con essi interagisce, compresa l’energia solare e
la dispersione termica nello spazio.
• Per ambiente abiotico si intende l’insieme delle
condizioni climatiche e delle caratteristiche chimiche
e fisiche dell’ambiente
Flussi di energia e materia
• L’ecosistema è un sistema aperto che scambia
energia e materia con l’esterno.
• All’interno di ciascun ecosistema avvengono trasformazioni
energetiche secondo i principi della termodinamica: i vari
organismi sono comparti che accumulano e trasformano
energia.
• Le trasformazioni sono inoltre soggette alla conservazione
della materia: N, C, P, acqua e gli altri elementi di cui sono
composti gli organismi ricircolano molte volte da esseri viventi
a non viventi e viceversa
Singoli componenti di un ecosistema
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Sostanza inorganiche;
Sostanze organiche;
Fonte di energia;
Produttori;
Macroconsumatori;
Microconsumatori.
Sostanze inorganiche
Sono sostanze abiotiche presenti nei tre diversi stati,
solido, liquido e gassoso. Spesso è possibile trovarle
disciolte nell’acqua o aggregate al terreno. Si tratta
principalmente di C, O2 CO2, NH3, H2O, N, P….
I principali costituenti dell’atmosfera terrestre sono : N2
(78.1%), O2(20.9%), Ar(0.93%) e CO2(0,035%).
(% in volume o moli)
Sostanze organiche
• zuccheri (carboidrati Cn(H2O)n);
• proteine (composti azotati costituite da catene di
aminoacidi);
• lipidi (sostanza di riserva energetica, costituente di
membrane vegetali ed ormoni);
• sostanze umiche (insieme di sostanze presenti nello
strato superficiale del suolo derivate dalla
decomposizione di detriti animali e vegetali)
Produttori primari
Organismi vegetali in grado di trasformare le
sostanze inorganiche in sostanze organiche
tramite la fotosintesi clorofilliana.
Macroconsumatori
Animali che si nutrono di altri organismi: i
consumatori primari si nutrono di organismi
vegetali, mentre i consumatori secondari e
terziari sono animali predatori di altri animali.
Dal cibo traggono energia e nutrienti.
Microconsumatori
In maggioranza organismi decompositori
(batteri, funghi, muffe, lieviti) che si nutrono di
biomasse di organismi morti e degli escreti,
producendo sostanze di rifiuto inorganiche
molto semplici, riutilizzabili come nutrienti dagli
organismi produttori.
Fonti di energia degli ecosistemi
Ogni ecosistema necessita di un continuo
flusso energetico. Le più importanti fonti di
energia sono:
 Produzione primaria
 Importo di materiale organico da altri
ecosistemi
 Calore
Esempio di una ecosistema: lo stagno
(A) componente abiotica, (B)produzione primaria,
(C) consumatori, (D) decompositori
Catene alimentari
• Catene di pascolo, che hanno origine dai
vegetali, di cui si nutrono gli animali erbivori
pascolanti e infine i carnivori.
• Catene di detrito, che hanno origine dagli
escrementi animali o da esseri viventi morti i
quali vengono degradati dai microrganismi.
Catena Alimentare
Originata dalla
Energia Solare
attraverso la
Produzione
Primaria
verso i
Consumatori
Relazioni fra livelli trofici
• I livelli di una catena alimentare
solo collegati dall’efficienza di
consumo
• La biomassa ad un dato livello
trofico richiede che circa 10
volte della sua massa
equivalente in cibo venga fornito
dal livello trofico inferiore
• Perciò per poter sostenere 1
unità di biomassa al livello di
carnivori secondari sono
necessari:
– 10 unità di carnivori primari
– 100 unità di erbivori
– 1000 unità di biomassa
vegetale
• Piramide Eltoniana
Un esempio di biomagnificazione: il DDT
Il DDT è più solubile nei
tessuti adiposi che
nell’acqua: una volta entrato
nell’organismo, la quantità
espulsa attraverso le vie
metaboliche è molto scarsa
rispetto a quella che si
accumula nel tessuto
La concentrazione di DDT negli uccelli può arrivare a 20
ppm, che corrisponde ad una valore di biomagnificazione
pari a 10 milioni
Fattori condizionanti crescita e
sviluppo
• Legge di Liebig
• Legge di Shelford
• Adattamento
Legge di Liebig
Ogni organismo per svolgere le sue funzioni
vitali di crescita e riproduzione necessita di un
certo numero e una certa quantità di sostanze,
se tali sostanze sono presenti in quantità vicine
ad una soglia minima critica, esse diventano
fattori limitanti.
Legge di Shelford
Nota anche come legge della tolleranza: il
successo biologico di una popolazione
dipende da un complesso di condizioni:
qualsiasi condizione si avvicini o superi il
limite di tolleranza può compromettere lo
sviluppo di un individuo.
Adattamento
La capacità di un organismo di vivere anche in seguito
alla variazione dei fattori ambientali tipici del proprio
habitat è definito adattamento.
• Adattamento fenotipico, cioè non trasmesso
ereditariamente;
• Adattamento genotipico, cioè trasmissibile
ereditariamente (comporta modificazione genetiche
a livello di DNA e RNA) .
Diversità e abbondanza di specie
• In una comunità naturale, solo poco specie
sono in genere abbondanti mentre le specie di
minore importanza sono una percentuale
elevata (specie rare)
• L’elevato numero di specie rare determina la
diversità di specie, definibile in termini di
“indice di diversità”
Indici di diversità
Numero di specie
Incontaminato
Contaminato
Numero di individui/specie