Daniela Lippi e Maria Rita De Paolis 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” - lippi@ibaf.cnr.it

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 la qualità dell’ambiente l’equilibrio globale le molteplici funzioni degli ecosistemi e come conseguenza, la vita di piante, animali, uomo.

l’esistenza dell’ecosistema suolo si basa sulle comunità microbiche 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 Concetti di ecologia termine del biologo tedesco Ernst Heinrich Haeckel (1869) deriva da oikos = “casa” o “posto per vivere” logos = “discorso” Quindi, 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 atmosfera biosfera geosfera idrosfera 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 geosfera idrosfera gli oceani, mari, fiumi, laghi... l'atmosfera fino a qualche migliaio di metri di quota.

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 Nicchia ecologica Ampiezza ecologica  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 Ecotipi Corporazioni 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 “stretto” Euritipo “ampio”

Sovrapposizione di nicchia Distanza tra i vertici della nicchia Ampiezza Specie J Specie K Sovrap= posizione Dimensione di nicchia Risorse utilizzate Sovrapposizione 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 Neutre Dannose Commensalismo + 0 Cooperazione + + Mutualismo (o Simbiosi) + + Neutralismo 0 0 Competizione - - Amensalismo - 0 Parassitismo + - Predazione + -

Organismi viventi e cicli degli elementi nutritivi 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.

Costruzione: da composti inorganici  sintesi di sostanza organica 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,

Produttori, consumatori e decompositori 1. Ecosistema suolo Produttori, consumatori e decompositori Tutti gli organismi viventi sono divisi in tre grandi gruppi: Produttori primari organismifotosintetici,autotrofi 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 Le catene alimentari si dividono in: Trasferimento di energia alimentare dagli organismi produttori agli organismi consumatori Catena alimentare 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 Piante terrestri Lucertole Insetti Serpenti Terraferma

Proposte di lavoro con gli alunni 1. Ecosistema suolo Corrispondenze Habitat Nicchia Ecosistema Produttore Consumatore Decompositore

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