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Qual è il percorso della materia organica morta dei nutrienti all’interno dell’ecosistema? Innanzitutto ci troviamo a livello di ECOSISTEMA. A proposito di ecosistema, cosa è importante sapere? Caratteristiche strutturali, legate fondamentalmente alla comunità (organizzazione, struttura trofica) Caratteristiche funzionali (processi); Ovviamente tutti gli organismi che costituiscono una comunità lavorano, sono in attività e l’insieme delle loro attività vengono, appunto, definiti “sistemi”. Innanzitutto abbiamo la PRODUZIONE (organicazione, ad esempio). Dall’altra parte, la DECOMPOSIZIONE. La materia organica può essere riciclata e il processo prende il nome di decomposizione. Perché è importante studiarla? Perché è il processo attraverso cui la materia organica viene resa nuovamente disponibile. E’ il più importante processo di riciclizzazione. Grazie a organismi decompositori (micro- e macroconsumatori) e attraverso i percorsi di riciclizzazione, i nutrienti organici vengono trasformati in minerali rendendoli nuovamente disponibili per gli organismi autotrofi (produttori) e permettendo così il riciclo dei nutrienti, essenziale per tutti gli ecosistemi. Essa fa parte di uno dei 3 processi: Lisciviazione e decomposizione Escrezione Riciclizzazione diretta (riciclizzazione con energia sussidiaria) Se non ci fosse la decomposizione, ci sarebbe l’accumulo della materia organica che provocherebbe seri danni. A seconda del tipo di ecosistema a cui noi facciamo riferimento, si potrà avere maggiormente l’uno o l’altro tipo di riciclizzazione. (Ricordiamo che i nutrienti sono forniti da i fitoplancton)
LISCIVIAZIONE E DECOMPOSIZIONE
E’ una rappresentazione schematica di un ecosistema, da un punto di vista dell’energia o della materia che si muove. Un ecosistema può essere rappresentato attraverso la sua struttura trofica (autotrofi, eterotrofi), oppure attraverso questo tipo di rappresentazione con box e frecce. Il box rappresenta il compartimento entro cui l’energia, la materia si trova; le frecce lo scorrimento. Osservando abbiamo: PPN (Produzione primaria netta). Riguarda la biomassa che viene prodotta. Essa che fine fa? La materia organica che viene prodotta viene mangiata dagli eterotrofi, cioè dal sistema dei pascolatori. SISTEMA DEI PASCOLATORI = Partendo dai produttori, ci sono poi gli eterotrofi di primo, secondo e terzo livello. Questo nell’insieme forma il sistema di pascolo che parte dalla materia organica e una parte della biomassa prodotta muore senza che venga consumata. La decomposizione fa parte del compartimento SOM. E’ ovvio che tutta la materia prodotta non debba accumularsi ma essere sottoposta all’azione svolta dai decompositori. Negli ecosistemi la materia ha un percorso circolare, cioè viene sempre riutilizzata. L’energia invece ha un percorso unidirezionale, a partire dal sole che è la fonte primaria di energia.
Da un punto di vista chimico, la decomposizione è un processo di ossidazione biologica (consuma ossigeno e richiede presenza di esso) attraverso cui si libera l’energia presente nel detrito. E’ un processo che richiede ossigeno, può avvenire anche in sua assenza ma così facendo risulterebbe molto più lento. La decomposizione è un processo che comporta il rilascio dell’energia originariamente fissata dalla fotosintesi, di anidride carbonica, di acqua, e la trasformazione di composti organici in nutrienti inorganici.
TIPI DI DECOMPOSIZIONE •Respirazione aerobica: l’ossigeno gassoso molecolare è l’accettore di elettroni (ossidante)
- Respirazione anaerobica: l’ossigeno gassoso non è coinvolto; un altro composto inorganico, o un composto organico, è l’accettore di elettroni (ossidante)
- Fermentazione: anch’essa anaerobica, il composto organico ossidato è anche l’accettore finale di elettroni (ossidante) [Di questa parte, è stato puntualizzato che non è importante ricordare tutte le tipologie di decomposizione nel dettaglio ma limitarsi a dire che la respirazione aerobia è un processo che richiede ossigeno. Quella anaerobia avviene invece in sua assenza, risultando però più lenta.]
Questi rappresentano gli agenti biologici della decomposizione.
Quali sono, quindi, gli agenti che intervengono nel processo di decomposizione? I funghi che colonizzano la lettiera in decomposizione si diffondono all’interno dei tessuti (principalmente vegetali) accrescendosi da cellula a cellula. I batteri sono i decompositori più importanti dei tessuti animali I batteri e funghi secernono enzimi nei tessuti vegetali e animali per degradare i composti organici complessi. I CONSUMATORI DI DETRITO (DETRITIVORI), INOLTRE, VENGONO DISTINTI IN QUATTRO CATEGORIE TROFICHE, IN BASE AL RUOLO FUNZIONALE: Shredders (hanno un apparato boccale che consente loro di sminuzzare. Sono dunque gli sminuzzatori); Gazer-Scrapers (presentano la radula e mangiano il detrito raschiandolo) Predators Filterers and Deposit Feeders (filtratori)
E’ stata posta una domanda su quale fosse il livello gerarchico sul quale agiscono i cicli biogeochimici. La risposta corretta ( che in molti sbagliano durante l’esame, affermando che avvengono a livello di ecosistema) è che BISOGNA RICORDARE CHE I CICLI BIOGEOCHIMICI SI VERIFICANO SULL’INSIEME DI ECOSISTEMI, DUNQUE A LIVELLO DELL’INTERA BIOSFERA.
La decomposizione è un percorso di riciclizzazione terrestre ed acquatici (fiumi, laghi o mari poco profondi); in quelli più profondi invece i cicli di decomposizione vengono sostenuti dai processi di escrezione. Quando le alghe muoiono e vanno a finire sui depositi acquatici, ad eccezione di alcune zone dove ci sono forti correnti, negli ecosistemi acquatici generalmente le alghe e non sono, sono sottoposte a processi di escrezione. Questo perché tutto ciò che va a finire sul fondo, non ha la possibilità di risalire nelle zone in cui verrebbe riutilizzato (dove serve insomma). Come studiamo questo processo? Attraverso dei modelli. Abbiamo diversi modelli : MODELLO ESPONENZIALE NEGATIVO MODELLO ESPONENZIALE SEMPLICE (considera il detrito tutto uguale, senza distinzioni di alcun tipo riguardando la decomposizione) MODELLO ESPONENZIALE COMPOSTO (è il più complesso e tiene conto di ogni singola caratteristica del detrito) Discutiamo del MODELLO ESPONENZIALE SEMPLICE
STIMA DELLA DECOMPOSIZIONE
Sull’asse delle ordinate c’è la massa residua, per esempio la foglia che, nel tempo (che si trova sull’ascissa) si degrada seguendo il modello esponenziale semplice. Il modello è come se fosse suddiviso in vari pezzi che corrispondono a delle fasi: Fase 1: lisciviazione fino al -45%; Fase 2: dove intervengono funghi, batteri (pennicilium, bacterias mucar); Fase 3 : Condizionamento degli invertebrati. Da un punto di vista matematico quantitativo rappresentiamo questo processo, appunto, tramite il modello esponenziale semplice, dove nel tempo, la massa residua si degrada non linearmente ma esponenzialmente (esponenziale negativo) IN SINTESI: In questo modello assumiamo che la quantità Mt di detrito che si decompone nel tempo t è proporzionale alla quantità iniziale di detrito (M 0 ) secondo un modello esponenziale negativo (e –kt). In questo modello quantitativo abbiamo una sola incognita che è il coefficiente k (coefficiente di decomposizione) il quale ci da una stima della velocità della decomposizione.
Si possono utilizzare metodi con Confined method (con una rete fitta, così fitta che permette che vi passino solo i microrganismi) e Unconfined method (non confinato, dove le foglie vengono solo legate al centro)
Ciò che è importante sapere è il peso iniziale.
Qual è la velocità di decomposizione della ‘canna’ Phragmites australis nel lago Alimini?
- Qual è la velocità con cui si decompone il detrito in Alimini
- Si decompone con la stessa velocità in ogni stagione?
Prepariamo l’esperimento per calcolarla.
Cosa ci serve per lavorare?
- Foglie di Phragmites australis (le foglie di P. australis sono un esempio di detrito vegetale)• Bilancia analitica • Termostato • Binoculare o stereocopio • pHmetro, ossimetro, termometro da campo • Forbici, pinze • Buste e reti in plastica • Contenitori per gli invertebrati. STRUMENTAZIONE : STUFA TERMOSTATATA, BILANCIA ANALITICA CON PACCHI DI DETRITO, CONTENITORI PER ANIMALI, PINZE o FORBICI, OSSIMETRO.
Come procedere nel lavoro in natura e in laboratorio? 1. Le foglie di Phragmites australis vengono raccolte nel periodo tardo estivo inizio autunnale dal lago; 2. In laboratorio, ciascuna foglia di P. australis viene tagliata in frammenti (10cm) e posta in termostato (60°C, 72ore) ; 3. Gruppi di foglie vengono pesati su bilancia analitica (3.000+0.005g); 4. Le foglie pesate vengono organizzate in rete in nylon [PACCHI DI
DETRITO – LEAF BAGS]; 5. In stazioni di campionamento, precedentemente stabilite, i pacchi di detrito di P. australis vengono rilasciati ed ancorati sul fondo dell’ecosistema acquatico. DOPO UN INTERVALLO DI TEMPO (variabile a seconda del tipo di detrito ed ecosistema [es. 30 gg ca])
- Ciascun pacco di foglie di P. australis viene prelevato e trasportato in laboratorio in appositi contenitori.
- Dopo il prelievo, ogni foglia viene ripulita da epifiti e fango.
- Ciascun pacco di detrito viene riposto in stufa termostatata (60°C-72ore), successivamente pesato per ottenere il PESO SECCO o MASSA.
- Gli invertebrati detritivori presenti sulle foglie vengono separati, contati e identificati tassonomicamente.
LA VELOCITA’ DI DECOMPOSIZIONE VARIA DA SPECIE A SPECIE, E’ INFLUENZATA DALLA TEMPERATURA, VARIA A SECONDA DELL’AREA GEOGRAFICA.
La maggior parte dei nutrienti essenziali è riciclata all’interno degli ecosistemi • La decomposizione è un complesso di processi che coinvolge numerosi organismi • La decomposizione si studia seguendo il destino del detrito • Il tasso di decomposizione non è costante • Numerosi fattori influenzano il tasso di decomposizione tra cui temperatura, ossigeno ed il tipo di ecosistema.
