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“ECOLOGIA DEI SISTEMI AGRICOLI”“ECOLOGIA DEI SISTEMI AGRICOLI”

LAUREA TRIENNALE IN BIOTECNOLOGIE

Seconda Università degli Studi di Napoli

“ECOLOGIA DEI SISTEMI AGRICOLI”“ECOLOGIA DEI SISTEMI AGRICOLI”

Dott.ssa Giuseppina Massaro

Tel. 0823 274548

e-mail: giuseppina.massaro@unina2.it

1a Lezione del 13/05/2011

Testi consigliati� Ferrari M., Marcon E., Menta A. –Ecologia applicata volume I e II. Ed.Calderoni edaglicole, 2000.

� Caporali F. – Ecologia per l’agricoltura.Ed. UTET, 1991.

� Appunti del corso.

Ecologia

La finalità dell’ecologia è lo studio dei rapportitra gli organismi viventi e l’ambiente in cui vivono.Oggetto di studio è l’Ecosistema, cioè una entitàcomplessa formata da una comunità biotica el’ambiente non vivente da essa occupato e conl’ambiente non vivente da essa occupato e conesso in rapporto.

L’ecosistema non ha limiti fisici ma presenta solo ilimiti delle finalità dello studio. Infatti, si parladi microecosistemi (lago, rizosfera, ecc.) o digrandi ecosistemi, i biomi (tundra, oceano,praterie, ecc.) fino al limite massimo dell’interopianeta (Biosfera).

Ecologia

Nell’ecosistema l’ambiente non vivente è dettoBIOTOPO (luogo della vita) e rappresenta:� la componente inorganica dell’ecosistema(terreno, H2O, O2, elementi minerali, ecc.)� ed i fattori fisici ed atmosferici (luminosità,� ed i fattori fisici ed atmosferici (luminosità,temperatura, ecc.)

La comunità biotica è detta BIOCENOSI (vita incomune) e raggruppa gli esseri viventi cheinteragiscono tra loro in modo dinamico ed inrapporto con i fattori ambientali.

Leggi dell’ecologiaDue principi che regolano tutti gli ecosistemi:� Flusso unidirezionale dell’energia� Circolazione della materiaDa questi 2 principi dipende il numero ed il ritmodi vita degli organismi dell’ecosistema.

� L’energia viene usata una sola volta da un datoorganismo che la trasforma in calore ed è perduta

Leggi dell’ecologiaDue principi che regolano tutti gli ecosistemi:� Flusso unidirezionale dell’energia� Circolazione della materiaDa questi 2 principi dipende il numero ed il ritmodi vita degli organismi dell’ecosistema.

� L’energia viene usata una sola volta da un datoorganismo che la trasforma in calore ed è perdutaorganismo che la trasforma in calore ed è perdutadall’ecosistema: l’energia non circola, fluisce e sidisperde.

� I materiali senza energia (N, C, H2O, ecc.)circolano nel sistema, sono utilizzati molte voltedagli organismi ed, infine possono essere scambiatianche con altri sistemi adiacenti.

organismo che la trasforma in calore ed è perdutadall’ecosistema: l’energia non circola, fluisce e sidisperde.

� I materiali senza energia (N, C, H2O, ecc.)circolano nel sistema, sono utilizzati molte voltedagli organismi ed, infine possono essere scambiatianche con altri sistemi adiacenti.

L’energia ha quindi un flusso unidirezionale regolatodai 2 principi della termodinamica:

1. Il 1° principio (Legge della Conservazione)stabilisce che l’energia può essere trasformatada un tipo ad un altro, ma non è mai creata nédistrutta

2. Il 2° principio stabilisce che non può avvenirenessun trasferimento di energia senza che si

L’energia ha quindi un flusso unidirezionale regolatodai 2 principi della termodinamica:

1. Il 1° principio (Legge della Conservazione)stabilisce che l’energia può essere trasformatada un tipo ad un altro, ma non è mai creata nédistrutta

2. Il 2° principio stabilisce che non può avvenirenessun trasferimento di energia senza che sinessun trasferimento di energia senza che siverifichi, contemporaneamente, unadegradazione di energia; cioè nessunatrasformazione può avvenire senza perdite dienergia sotto forma di calore.

La vita sulla terra, quindi, dipende esclusivamente dal flusso energetico proveniente dal sole.

nessun trasferimento di energia senza che siverifichi, contemporaneamente, unadegradazione di energia; cioè nessunatrasformazione può avvenire senza perdite dienergia sotto forma di calore.

La vita sulla terra, quindi, dipende esclusivamente dal flusso energetico proveniente dal sole.

L’energia solare viene trasformata inenergia chimica da parte dei produttori(organismi fotosintetizzanti), la cuisostanza organica (biomassa vegetale)diviene fonte di energia per i consumatorie decompositori.Consumatori e decompositori, nutrendosi

L’energia solare viene trasformata inenergia chimica da parte dei produttori(organismi fotosintetizzanti), la cuisostanza organica (biomassa vegetale)diviene fonte di energia per i consumatorie decompositori.Consumatori e decompositori, nutrendosiConsumatori e decompositori, nutrendosidei produttori, chiudono il ciclo,restituendo materiale inorganico edisperdendo l’energia consumata sottoforma di calore.

Consumatori e decompositori, nutrendosidei produttori, chiudono il ciclo,restituendo materiale inorganico edisperdendo l’energia consumata sottoforma di calore.

Le successioni ecologiche

La velocità con cui l’energia si trasferisceattraverso la parte biologica del sistema ela velocità della circolazione dei materialistabiliscono il ritmo della vita ed il numero

Le successioni ecologiche

La velocità con cui l’energia si trasferisceattraverso la parte biologica del sistema ela velocità della circolazione dei materialistabiliscono il ritmo della vita ed il numerostabiliscono il ritmo della vita ed il numerodegli organismi del sistema, determinandodiverse situazioni dinamiche dettesuccessioni ecologiche.

stabiliscono il ritmo della vita ed il numerodegli organismi del sistema, determinandodiverse situazioni dinamiche dettesuccessioni ecologiche.

Le successioni ecologiche

Gli ecosistemi non sono immutabili maevolvono verso uno stadio di maturità,detta Comunità Finale o Climax.Questa non viene più sostituita da nessuna

Le successioni ecologiche

Gli ecosistemi non sono immutabili maevolvono verso uno stadio di maturità,detta Comunità Finale o Climax.Questa non viene più sostituita da nessunaQuesta non viene più sostituita da nessunaaltra a meno che non intervenganofenomeni di notevole rilevanza, comefuoco, cataclismi naturali, agricoltura,ecc.

Questa non viene più sostituita da nessunaaltra a meno che non intervenganofenomeni di notevole rilevanza, comefuoco, cataclismi naturali, agricoltura,ecc.

Comunità Finale o Climax

� Corrisponde al massimo di staticità chele condizioni climatiche, biologiche efisico-geografiche permettono inquell’ambiente

Comunità Finale o Climax

� Corrisponde al massimo di staticità chele condizioni climatiche, biologiche efisico-geografiche permettono inquell’ambientequell’ambiente

� Per ottenerlo si sono succedutecomunità sempre più efficienti, con un altogrado di autoregolazione. Ognuna dellecomunità prepara le condizioni che rendonopossibile lo sviluppo della successiva (dallapiù semplice alla più complessa)

quell’ambiente

� Per ottenerlo si sono succedutecomunità sempre più efficienti, con un altogrado di autoregolazione. Ognuna dellecomunità prepara le condizioni che rendonopossibile lo sviluppo della successiva (dallapiù semplice alla più complessa)

Le comunità più semplici (ecosistemigiovani) sono caratterizzati da unabassa diversità biologica (pochespecie) con un elevato numero diindividui per ogni specie.

Le comunità più semplici (ecosistemigiovani) sono caratterizzati da unabassa diversità biologica (pochespecie) con un elevato numero diindividui per ogni specie.

La comunità più complessa (climax) ècaratterizzata da una grandediversità biologica (molte specie) conun basso numero di individui perspecie.

La comunità più complessa (climax) ècaratterizzata da una grandediversità biologica (molte specie) conun basso numero di individui perspecie.

Dal punto di vista trofico un ecosistema appare formato da

2 categorie fondamentali:

Dal punto di vista trofico un ecosistema appare formato da

2 categorie fondamentali:

Autotrofi o produttori ed Eterotrofi o consumatoriAutotrofi o produttori ed Eterotrofi o consumatori

� Autotrofi o produttori: organismi capaci di

sintetizzare materiale organico ad alto

contenuto energetico, a partire da composti

inorganici poveri di energia, utilizzando, ad

es., la luce solare;

� Autotrofi o produttori: organismi capaci di

sintetizzare materiale organico ad alto

contenuto energetico, a partire da composti

inorganici poveri di energia, utilizzando, ad

es., la luce solare;

Es. sono:

• Vegetali

• Alghe azzurre

• Batteri foto- e chemio-sintetici.

Es. sono:

• Vegetali

• Alghe azzurre

• Batteri foto- e chemio-sintetici.

� Eterotrofi o consumatori: organismi incapaci di

sintetizzare i composti necessari al loro

sostentamento e, quindi, sono dipendenti dagli

autotrofi.

Es. sono:

� Eterotrofi o consumatori: organismi incapaci di

sintetizzare i composti necessari al loro

sostentamento e, quindi, sono dipendenti dagli

autotrofi.

Es. sono:Es. sono:

• Erbivori (consumatori primari)

• Carnivori (consumatori secondari)

• Parassiti di animali (consumatori terziari)

• Detritivori (Artropodi, Nematodi, Anellidi, ecc.) e

• Decompositori (Funghi, Batteri, ecc.)

Es. sono:

• Erbivori (consumatori primari)

• Carnivori (consumatori secondari)

• Parassiti di animali (consumatori terziari)

• Detritivori (Artropodi, Nematodi, Anellidi, ecc.) e

• Decompositori (Funghi, Batteri, ecc.)

L’analisi trofica di un ecosistema valutaqualitativamente e quantitativamente irapporti tra gli organismi.

Il trasferimento dell’energia alimentare apartire dalla sorgente (piante) passandoattraverso una successione di organismicaratterizzati da atti trofici (mangiare

L’analisi trofica di un ecosistema valutaqualitativamente e quantitativamente irapporti tra gli organismi.

Il trasferimento dell’energia alimentare apartire dalla sorgente (piante) passandoattraverso una successione di organismicaratterizzati da atti trofici (mangiarecaratterizzati da atti trofici (mangiareed essere mangiato), è detto: CatenaAlimentare.

Il trasferimento dell’energia, ad ognipassaggio, comporta delle perditeenergetiche (calore disperso).

caratterizzati da atti trofici (mangiareed essere mangiato), è detto: CatenaAlimentare.

Il trasferimento dell’energia, ad ognipassaggio, comporta delle perditeenergetiche (calore disperso).

Le principali Catene Alimentari sono:Le principali Catene Alimentari sono:

Catena del Detrito:

Produttori (Piante) → Consumatori Primari (Erbivori) →Consumatori Secondari → Consumatori Terziari (Carnivori) →Consumatori Quaternari

Catena del Pascolo:

Consumatori (Predatori)

Detritivori e Decompositori

Organismi Morti ed escrementi di animali

Humus H2OCO2Sali Minerali

Catena del Detrito:

La Catena del Pascolo e quella del Detrito sonointerconnesse in quanto i detritivori (Artropodi, Anellidi,ecc.) possono essere predati dai carnivori della Catenadel Pascolo.

La Catena del Pascolo e quella del Detrito sonointerconnesse in quanto i detritivori (Artropodi, Anellidi,ecc.) possono essere predati dai carnivori della Catenadel Pascolo.

Sole PianteErbivoriDetritivori

Predatori Catena del PascoloPredatori Catena del Detrito

Più complesse sono le Reti Alimentari formate da piùcatene interconnesse tra loro.In tal caso, tutte le specie che ottengono cibo allo stessomodo (con lo stesso numero di passaggi) appartengono allostesso livello trofico

Più complesse sono le Reti Alimentari formate da piùcatene interconnesse tra loro.In tal caso, tutte le specie che ottengono cibo allo stessomodo (con lo stesso numero di passaggi) appartengono allostesso livello trofico

PRODUTTIVITA’

È la quantità di materia vivente prodottada un livello trofico o specie in unadeterminata area o volume ed in undeterminato intervallo di tempo.È la velocità di produzione della

PRODUTTIVITA’

È la quantità di materia vivente prodottada un livello trofico o specie in unadeterminata area o volume ed in undeterminato intervallo di tempo.È la velocità di produzione dellaÈ la velocità di produzione dellaBIOMASSA (Kg o J/area ovolume/tempo).

È la velocità di produzione dellaBIOMASSA (Kg o J/area ovolume/tempo).

PRODUTTIVITA’

Si divide in:PRIMARIA: si riferisce ai produttori, indical’energia immagazzinata come biomassa, mediantefotosintesi, in una determinata superficie ed in untempo determinato. È la velocità di accumulo della

PRODUTTIVITA’

Si divide in:PRIMARIA: si riferisce ai produttori, indical’energia immagazzinata come biomassa, mediantefotosintesi, in una determinata superficie ed in untempo determinato. È la velocità di accumulo dellatempo determinato. È la velocità di accumulo dellabiomassa vegetale.

SECONDARIA: si riferisce ai consumatori, indical’energia immagazzinata sotto forma di nuoviorganismi in una determinata superficie ed in untempo determinato. È la velocità di accumulo dellabiomassa animale.

tempo determinato. È la velocità di accumulo dellabiomassa vegetale.

SECONDARIA: si riferisce ai consumatori, indical’energia immagazzinata sotto forma di nuoviorganismi in una determinata superficie ed in untempo determinato. È la velocità di accumulo dellabiomassa animale.

PRODUTTIVITA’ PRIMARIA LORDA (PPL): Ètutta l’energia fissata dalla fotosintesi, inuna determinata superficie ed in undeterminato tempo.

Parte della PPL è utilizzata dalle piante per laRESPIRAZIONE (R) e dispersa come calore.

PRODUTTIVITA’ PRIMARIA LORDA (PPL): Ètutta l’energia fissata dalla fotosintesi, inuna determinata superficie ed in undeterminato tempo.

Parte della PPL è utilizzata dalle piante per laRESPIRAZIONE (R) e dispersa come calore.

PRODUTTIVITA’ PRIMARIA NETTA (PPN):esprime la capacità produttiva di biomassaeffettivamente disponibile per i consumatori:

PPN = PPL – R

PRODUTTIVITA’ PRIMARIA NETTA (PPN):esprime la capacità produttiva di biomassaeffettivamente disponibile per i consumatori:

PPN = PPL – R

Importante indice di valutazione della maturitàdegli ecosistemi è dato dal rapporto traProduttività (P) e Respirazione (R).

P/R>1⇒⇒⇒⇒ Sistema Giovane (comunità pioniere); laP genera un surplus di biomassa

⇒⇒⇒⇒

Importante indice di valutazione della maturitàdegli ecosistemi è dato dal rapporto traProduttività (P) e Respirazione (R).

P/R>1⇒⇒⇒⇒ Sistema Giovane (comunità pioniere); laP genera un surplus di biomassa

⇒⇒⇒⇒

⇒⇒⇒⇒

P genera un surplus di biomassa

P/R=1⇒⇒⇒⇒ Sistema Maturo (climax); massimastabilità dell’ecosistema

P/R<1⇒⇒⇒⇒ Sistema Inquinato destinato allamorte.

⇒⇒⇒⇒

P genera un surplus di biomassa

P/R=1⇒⇒⇒⇒ Sistema Maturo (climax); massimastabilità dell’ecosistema

P/R<1⇒⇒⇒⇒ Sistema Inquinato destinato allamorte.

La nascita dell’agricoltura risale a circa 10000

anni fa, quando ha avuto origine un “processo

culturale” che ha modificato il comportamento

delle popolazioni da Nomadi-Cacciatori a

Coltivatori-Allevatori.Coltivatori-Allevatori.

Scoperta empirica dell’uomo: ha imparato

quanto sia più produttivo e sicuro coltivare ed

allevare piuttosto che cacciare e raccogliere.

Con l’invenzione dell’agricoltura l’uomo si

presenta sul palcoscenico planetario come

una forza “costruttrice” di ecosistemi adatti

al suo sostentamento, modificando

l’ecosistema originario in modo molto

sensibile. Infatti, ha domesticato piante ed

animali, adattandoli alle proprie esigenze e

facendoli divenire più produttivi.

Differenza sostanziale tra un

paesaggio naturale ed uno

agrario (costruito) sta agrario (costruito) sta

nell’Ordine/Disordine.

PaesaggioPaesaggio NaturaleNaturale: Predomina un apparente senso di “disordine”

Nel paesaggiopaesaggio naturalenaturale l’apparente

disordine è il risultato dell’equilibrio

dinamico tra viventi ed ambiente fisico,

che viene raggiunto in conseguenza delle

condizioni climatiche, biologiche e

fisico-geografiche (climax).

PaesaggioPaesaggio AgrarioAgrario (costruito):

Predomina un apparente

senso di “ordine”

Nel paesaggiopaesaggio agrarioagrario, l’ordine è il risultato degli interventi

dell’uomo che hanno lo scopo di creare un equilibrio artificiale,

favorevole ad una o a poche specie presenti: le specie coltivate.

Il funzionamento di base degli agroecosistemi non differisce da quello

dei sistemi naturali.

L’energiaL’energia solaresolare rappresentarappresenta lala forzaforzamotricemotrice (fonte(fonte primariaprimaria didi energia)energia) chechevieneviene convertitaconvertita inin biomassabiomassa vegetalevegetale dalledallepiantepiante coltivatecoltivate..

La biomassa vegetale (PRODUZIONE PRIMARIA) sidivide in:� RESIDUO COLTURALE: parti di piante (radici, fustinon utilizzati, foglie, semi caduti) che restano nelterreno; viene utilizzato dalla catena del detrito emineralizzato, contribuendo alla fertilità del suolo.� Produzione usata per l’alimentazione degli animali(foraggi) determinando biomassa animale(PRODUZIONE SECONDARIA). Le deiezioni animali(foraggi) determinando biomassa animale(PRODUZIONE SECONDARIA). Le deiezioni animalitornano al suolo per reintegrarne la fertilità. Labiomassa animale esce dall’agroecosistema comeproduzione animale (latte, carne, uova, pellame, ecc.).� Produzione asportata dal campo (RACCOLTO): è labiomassa vegetale che esce dall’agroecosistema comeproduzione vegetale (cereali, oleaginose, coltureindustriali, ecc.)

Gli agroecosistemi differiscono dagliecosistemi naturali a causa dell’azionedell’uomo che ha determinato:

1.riduzione della complessità biologica (solole specie coltivate)

2.somministrazione di input energetici2.somministrazione di input energetici(energia ausiliare o sussidiaria)

3.asportazione di biomassa (outputenergetici)

4.miglioramento produttivo delle piantecoltivate (genetica)

La differenza fondamentale tra un ecosistema

naturale ed un agroecosistema è l’asportazione

di biomasse vegetali ed animali come prodotto

agricolo.

Questa differenza costituisce la causa che può

determinare l’incapacità dell’agroecosistema di

autosostenersi, per le gravi perdite di energia e

di materia.

L’agricoltura rappresenta la più importante

forma di utilizzazione del territorio occupato

dall’uomo.

Nei paesi CEE la Superficie Agraria Utilizzata

(SAU) rappresenta il 50% del territorio

complessivo. In Italia si arriva al 60%.

Il progredire dell'agricoltura, dalle origini

ad oggi, ma specialmente negli ultimi 50

anni, ha compromesso l’equilibrio che si

era instaurato tra agricoltura eera instaurato tra agricoltura e

naturalità, quando l'attività agricola

applicava principi ecologici (agricoltura

mista, rotazioni, ecc.).

La crescente necessità di prodotto ha portato

ad eccedere negli apporti di energia esterna nel

sistema agricolo (concimi, antiparassitari,

miglioramento genetico, monocolture,

meccanizzazione), creando una fratturameccanizzazione), creando una frattura

nell'equilibrio del ciclo dell'energia, della

materia e della diversità biologica.

L'esasperazione delle tecnologie umane ha

determinato inquinamento ambientale:

inquinamento dovuto all'agricoltura (eccesso

di nitrati nelle acque, fitofarmaci, ecc.), ma

anche inquinamento dell'agricoltura (pioggeanche inquinamento dell'agricoltura (piogge

acide, fumi nocivi di industrie).

AGROECOSISTEMA

Comprende

BIOTOPO (ambiente non vivente)BIOTOPO (ambiente non vivente)

e

BIOCENOSI (esseri viventi)

BIOTOPO dell’AGROECOSISTEMA

È costituito da

Terreno Agrario eTerreno Agrario e

fattori fisici ed atmosferici (luminosità,temperatura, ecc.)

Terreno Agrario È il risultato della domesticazionedel terreno naturale da partedell’uomo, che ha determinato unaprofonda modificazione dellaprofonda modificazione dellastratificazione e fertilità delterreno.

Terreno Naturale ed Agrario Il terreno naturale ha origine pertrasformazione della roccia madre a causadi azioni:

Fisico-meccaniche (H2O, vento, ghiacciai,Fisico-meccaniche (H2O, vento, ghiacciai,sbalzi termici, erosione)

Chimiche (H2O, CO2, O2)

Biologiche (agentibiologigi: licheni, muschi,funghi, alghe, batteri che disgregano laroccia)

Terreno Naturale ed Agrario

Per la formazione del terreno agrario, oltre

a questi fattori, si deve aggiungere l’azione

dell’uomo, in particolare lavorazionidell’uomo, in particolare lavorazioni

(zappare, arare), concimazioni, irrigazioni,

ecc. che rendono il terreno con una

fertilità migliore per la coltivazione di

determinate piante.

Terreno Naturale ed Agrario Il terreno naturale è caratterizzato da 4 orizzonti:

a o eluviale caratterizzato dall’azione dilavantedell’acqua;

b o illuviale che accoglie i materiali trasportatidall’acqua di percolamento ed in cui le radicidall’acqua di percolamento ed in cui le radiciassorbono gli elementi nutritivi;

c o strato pedogenetico; è il substrato su cui ifattori naturali della pedogenesi hanno agito per laformazione del terreno;

d è la roccia madre.

Terreno Naturale ed Agrario Il terreno agrario è formato solo da 2 strati:

Strato Attivo: superficiale, continuamenteinteressato dalle lavorazioni e cure colturali(arature, zappature, concimazioni, irrigazioni,(arature, zappature, concimazioni, irrigazioni,ecc.); le radici assorbono gli elementi nutritivi;comprende gli orizzonti a e b del terrenonaturale.

Strato Inerte: rappresenta gli orizzonti c e d delterreno naturale.

Flusso Energetico naturale ed ausiliare dell’agroecosistema

Il Flusso Energetico che percorre unagroecosistema è più complesso di quello di unsistema naturale.sistema naturale.

L’energia solare rappresenta il motoredell’agroecosistema, come per quasi tutti gliecosistemi naturali. Ad essa si aggiungono tuttele cure che l’uomo mette in atto per lacoltivazione e l’allevamento. Tali curerappresentano l’Energia Ausiliare o di Supporto.

Flusso Energetico naturale ed ausiliare

dell’agroecosistema

Più l’attività agricola è progredita più alto è

l’apporto di Energia Ausiliare dovuto alla

meccanizzazione, prodotti chimici, miglioramentomeccanizzazione, prodotti chimici, miglioramento

genetico di piante ed animali, ecc. Tale tipo di

agricoltura si definisce Agricoltura

Meccanizzata Intensiva, caratterizzata da una

produzione in eccedenza utile per il mercato

nazionale ed internazionale.

Flusso Energetico naturale ed ausiliare dell’agroecosistema

Meno tecnologica è l’agricoltura minore èl’apporto di Energia Ausiliare; fino a parlaredella Agricoltura Ecologica, caratterizzata dauna produzione per uso familiare e per ilmercato locale.mercato locale.

Tale tipo di agricoltura si autosostiene, conuna ottimale circolazione di materia(concimazioni letamiche, coltivazioni consociate,rotazioni che migliorano la fertilità del suolo).

Quindi, l’Agricoltura Ecologica può esseredefinita Custode dell’Ambiente e maestra diecologia.

Energia naturale

È la radiazione solare sia perl’ecosistema naturale che perl’agroecosistema.l’agroecosistema.

Essa, in minima parte (1%), è convertitain biomassa vegetale mediantefotosintesi.

La restante parte crea le condizioni diabitabilità.

Rendimento fotosintetico

Il rendimento fotosintetico di una pianta(efficienza fotosintetica=ef) esprime la capacità ditrasformare l’energia in biomassa;

è il rapporto tra il contenuto energetico dellabiomassa prodotta (Lso) e la quantità di energiabiomassa prodotta (Lso) e la quantità di energiasolare luminosa incidente (Li):

ef=Lso/Li

(1 g di biomassa vegetale ha un valore calorico dicirca 20 kJ).

Il rendimento è sempre molto basso, circa il 5-6%.

Dal punto di vista della utilizzazione dell'energiasolare, i due sistemi pianta spontanea/terrenonaturale e pianta coltivata/terreno agrariohanno un comportamento diverso:

a. nell'ambiente naturale si ha la massimautilizzazione dell'energia solare per la presenzadi molte specie che intercettano l'energiadi molte specie che intercettano l'energialuminosa in maggiore quantità;

b. nell'ambiente agrario si ha la massimaefficienza fotosintetica, per le miglioricondizioni di abitabilità del terreno dovute allelavorazioni, concimazioni, e all'adozione dispecie modificate geneticamente.

L'utilizzazione dell'energia nell’agroecosistema deveessere osservata da due punti di vista:- Intercettazione della luminosità;- Efficienza fotosintetica.

L’intercettazione della luce dipende da:

1) numero delle foglie1) numero delle foglie

2) inclinazione, orientamento e distribuzione delle foglie

3) altezza del sole

4) cambiamenti spettrali subiti dalla lucenell’attraversare la vegetazione

5) dalla riflessione all’interno della vegetazione

Nell’agroecosistema l’intercettazione dellaluce è limitata dal basso LAI (leaf areaindex = area fogliare riferita all’unità disuperficie) a causa di coltivazioni con unadensità di semina ottimale, che porta ad unariduzione dell’area fotosintetizzante.

Il LAI è un indice adimensionale che esprimeIl LAI è un indice adimensionale che esprimel’area della superficie fogliare esistentesull’unità di superficie di suolo. Esprimel’ampiezza della superficie assimilatoriaproporzionale alla produttività di una coltura.

Influenza delportamentodelle fogliesullafotosintesidel riso (daMonsi e al.,1973).

Per incrementare l’intercettazione della luce sono statecostituite, mediante miglioramento genetico, piante afoglie erette, che consentono una migliore penetrazionedella luce nella massa vegetale.

1973).

La coltura monospecifica, cheattualmente costituisce ilmassimo dell'espressione dellatecnica colturale delleagricolture molto evolute, haagricolture molto evolute, haridotto la potenzialità diintercettazione luminosapotenziando però l'efficienzafotosintetica.

Energia naturale

L’efficienza fotosinteticadipende da fattori:

� Intrinseci alla pianta� Intrinseci alla pianta

� Di natura ambientale.

L’efficienza fotosintetica� Fattori intrinseci alla pianta:

* Livello di Saturazione Luminosa: è il valore diilluminamento che produce la massima attivitàfotosintetica. Le piante si dividono in:

�Sciafile (basse esigenze di luminosità; in�Sciafile (basse esigenze di luminosità; inpresenza di alta luminosità si rallenta lafotosintesi; es. piante del sottobosco).

� Eliofile (elevate esigenze di luminosità; inpresenza di scarsa luminosità nonfotosintetizzano; es. piante da pieno sole, 2000µµµµE m-2 s-1).

L’efficienza fotosintetica� Fattori intrinseci alla pianta:

* Fotoperiodismo. Le piante si dividono in:

� Brevidiurne� Brevidiurne

� Longidiurne

� Neutrodiurne o Indifferenti

Piante BrevidiurneLa fioritura avviene durante giorni brevi(Autunno).Es.:

CrisantemiAzalea

Lingua di suoceraStella di natale

KalanchoeBouvardia

Eupatorium

SteviaViola

Piante LongidiurneLa fioritura avviene durantegiorni lunghi (Estate oprimavera inoltrata), Es.:

Browallia o Fior di Zaffiro

Glossinia

Frumento

Achimenes

Geranio imperiale

Giglio Saintpaulia Calceolaria

Iris GaillardiaSperonella

Piante NeutrodiurneLa fioritura non è influenzata dalla durata delgiorno. Es.:

girasolemais

cetriolo

girasole

tabaccoriso

mais

pisello

L’efficienza fotosintetica� Fattori intrinseci alla pianta:

* Chimismo della Fotosintesi. Le piante sidividono in:

�C : biochimismo fotosintetico basato su�C3: biochimismo fotosintetico basato sucomposti a 3 C (CO2 fissata in composti a 3 C,fosfoglicerato). Comprendono la maggior partedelle specie agrarie.

� C4: biochimismo fotosintetico basato sucomposti a 4 C (CO2 fissata in composti a 4 C,malato e ossalacetato)

Le specie C4 risultano 2 o 3 volte piùefficienti nel processo di fissazionedell’anidride carbonica, manifestandoin particolare scarsa fotorespirazione.

Sono in corso ricerche atte a manipolarechimicamente e geneticamente il metabolismodelle piante C3 in modo da minimizzare lafotorespirazione.

E’ stato saggiato l’uso di inibitori selettivi dellafotorespirazione: trattando foglie di tabaccofotorespirazione: trattando foglie di tabaccocon un inibitore (acido glicilico) dell’ossidazionedel glicolato (substrato della fotorespirazione)ad alte temperature i valori di fotosintesirisultavano triplicati (Zelitch, 1971).

L’efficienza fotosintetica� Fattori di natura ambientale:

La migliore abitabilità del terreno agrario dovutaalle pratiche colturali (aratura, concimazione,irrigazione, esposizione ed orientamento dellefile, difesa dagli antagonisti) rende piùirrigazione, esposizione ed orientamento dellefile, difesa dagli antagonisti) rende piùefficiente l’attività biochimica della pianta.

La Temperatura influenza la circolazione di CO2,dell’umidità dell’aria. Essa diviene fattorelimitante sotto ai 10°C e sopra ai 25°C per lamaggior parte delle piante agrarie.

Energia Ausiliare: Risorsa uomo

Rappresenta ogni attività che l’uomo rivolgeal sistema agricolo.

L’aumento consistente dell’Energia AusiliareL’aumento consistente dell’Energia Ausiliaresi è reso indispensabile quando si è passatoda una agricoltura mista, di sussistenza elegata al territorio, ad una agricoltura dimercato con necessità di aumentare leproduzioni unitarie.

Energia Ausiliare: Risorsa uomoEs. sono:

Concimi minerali che hanno sostituito letami, rotazionie sovesci (interramento di colture, leguminose)

Meccanizzazione che ha sostituito il lavoro di uomo edanimali

Uso di piante ed animali selezionati per produrre dipiù e secondo determinate esigenze di mercato

Controllo delle avversità (erbe infestanti, fitofagi,Controllo delle avversità (erbe infestanti, fitofagi,agenti di malattia) che ha sostituito il controllo naturaledell’ecosistema

Irrigazione che ha favorito piante dalla siccità.Tutto ciò induce ulteriore modificazionedell’agroecosistema.Viene modificato l’ordinamento colturale, ampiezza eforma di campi coltivati, si hanno monocolturespecializzate.

La produttività degli ecosistemi coltivati è

influenzata dalla temperatura e dalla

disponibilità idrica.

Alte temperature e forti stress da

irrigazione generalmente richiedono alla

pianta di consumare gran parte della propria

produzione lorda per la respirazione.

Pertanto costa di più mantenere la struttura

di una pianta nei climi caldi.

La percentuale di produzione primaria lorda chescaturisce in produzione primaria netta della vegetazionenaturale, varia con la latitudine.

Da meno del 50% nelle regioni equatoriali al 60-70% allepiù elevate latitudini (il modello grafico è basato sui datidi Box, 1978).

C'è da dire che,un fattore che in determinate condizioni ambientaliagisce come fattore ausiliario aumentando laproduttività, può, in altre condizioni ambientaliprovocare una perdita di energia o una diminuzionedella produttività.

Il troppo di una cosa buona può essere un serioIl troppo di una cosa buona può essere un seriofattore di stress come il troppo poco.

Per esempio, l'evapo-traspirazione può costituireuna limitazione nei climi aridi ma è una fonte dienergia ausiliaria nei climi umidi (cfr. H. T. Odum ePigeon, 1970).

In agricoltura, l'aratura del suolo è positiva nel nordma non nel sud, dove essa causa una rapida lisciviazionedi nutrienti e perdita di sostanza organica con gravidanni per le coltivazioni successive.

Certi tipi di inquinamento, come ad esempio quellidovuti alle acque di scolo pre-trattate, possono agirecome fattori ausiliari o come fattori di stress, aseconda dell'entità e della periodicità con cui le acqueseconda dell'entità e della periodicità con cui le acquedi scolo vengono riversate negli ecosistemi naturali.

Le acque di scolo precedentemente trattate e riversatein un ecosistema in quantità costante e moderatapossono far aumentare la produttività, mentre massicceimmissioni ad intervalli irregolari provocano ladistruzione del sistema come entità biologica.

BIOCENOSI dell’AGROECOSISTEMA

E’ l’insieme di flora e fauna che vivenell’agroecosistema.

Gli organismi viventi interagiscono tra loro,influenzati dal clima e dal suolo che caratterizzanoinfluenzati dal clima e dal suolo che caratterizzanol’agroecosistema delle diverse zone.

Le attività agricole spesso alterano un equilibriopreesistente ed inevitabilmente interagiscono conl’intera biocenosi.

BIOCENOSI dell’AGROECOSISTEMA

Spetta all’uomo conoscere i rapporti cheintercorrono tra gli organismi nocivi ed i loro nemicinaturali e quanto questi ultimi dipendono dalladisponibilità di prede alternative.disponibilità di prede alternative.

L’agricoltore biologico favorendo la complessitàdell’agroecosistema, ed aumentando la presenza dipiante utili, tende ad alterare il meno possibilel’equilibrio a cui tende ogni biocenosi.

BIOCENOSI dell’AGROECOSISTEMA

È costituito dalle Coltivazioni eÈ costituito dalle Coltivazioni edagli Allevamenti presentinell’azienda agraria, inclusol’uomo.

BIOCENOSI dell’AGROECOSISTEMALa fondamentale differenza tra ecosistemanaturale e quello agrario consiste nellaBIODIVERSITA’ della biocenosi.

Negli ecosistemi naturali più stabili la biocenosi ècaratterizzata da una alta biodiversità (moltespecie) con un basso numero di individui percaratterizzata da una alta biodiversità (moltespecie) con un basso numero di individui perspecie.

Negli ecosistemi agrari, soprattutto quelli piùmoderni ed evoluti, la biocenosi è caratterizzatada una bassa diversità biologica (poche specievegetali ed animali) con un elevato numero diindividui per ogni specie, determinato dall’uomo.

Un modo per esprimere la variabilità

biologica è quello di raggruppare gli individui

in livelli trofici, in funzione del tipo di

risorse che utilizzano, o meglio, del numero

di passaggi preda-predatore che li separano

dalla fonte primaria di energia.

Questa ripartizione degli individui in livelli

trofici, permette di descrivere il

trasferimento dell’energia all’interno dei

sistemi ecologici.

Catena Alimentare dell’AGROECOSISTEMA

In generale le catene trofiche negli agroecosistemisono più corte che in ecosistemi naturali.

Catena Alimentare

dell’AGROECOSISTEMA

Primo livello trofico⇒⇒⇒⇒Piante Coltivate

⇒⇒⇒⇒

Primo livello trofico⇒⇒⇒⇒Piante Coltivate

Secondo livello trofico⇒⇒⇒⇒Animali Allevati

Secondo e Terzo livello trofico⇒⇒⇒⇒Uomo

Catena Alimentare dell’AGROECOSISTEMA

Primo livello trofico ⇒⇒⇒⇒ Piante ColtivateÈ la fitocenosi agraria, molto semplice, paragonabilea quella di un ecosistema giovane, in cui sonopresenti poche specie con un elevato numero dipresenti poche specie con un elevato numero diindividui per ogni specie.

Nell’azienda agraria vengono coltivate poche specievegetali suddivise in unità territoriali, i campi.

L’uomo crea le migliori condizioni di abitabilità perottenere la maggior quantità di prodotto possibile

Catena Alimentare

dell’AGROECOSISTEMA

Secondo livello trofico ⇒⇒⇒⇒ Animali Allevati⇒⇒⇒⇒

È rappresentato dagli animali allevati.

L’Allevamento degli animali ha lo scopo di trasformare la

biomassa vegetale (foraggi) a basso valore energetico, in

biomassa animale (carne, latte, uova) ad alto valore

energetico per l’uomo.

Catena Alimentare dell’AGROECOSISTEMA

Secondo livello trofico ⇒⇒⇒⇒ Animali AllevatiIl rendimento energetico (rapporto fra la produttivitànetta di un livello trofico e quella del livello troficoprecedente) con valore medio del 10% sta ad indicareprecedente) con valore medio del 10% sta ad indicareche, ad ogni trasferimento di biomassa nei livellitrofici, il 90% di energia viene perduta,

per cui sono più vantaggiosi la produzione e losfruttamento della biomassa vegetale rispetto allabiomassa animale (1 caloria derivata da carne hautilizzato 10 calorie di biomassa vegetale).

Catena Alimentare dell’AGROECOSISTEMA

Secondo livello trofico ⇒⇒⇒⇒ Animali AllevatiPer tal motivo è più vantaggioso la produzione esfruttamento della biomassa vegetale rispetto a quellaanimale.animale.

Il prodotto finale, decurtato delle perdite ditrasformazione (calore disperso) e delle deiezioni,viene asportato dal sistema agrario;

Al sistema tornano le deiezioni sotto forma di concimeorganico (letame) che rifornisce di sostanza organica lacatena del detrito dell'agroecosistema.

Catena Alimentare dell’AGROECOSISTEMA

Secondo livello trofico ⇒⇒⇒⇒ Animali Allevati⇒⇒⇒⇒

Gli animali allevati, frutto della selezione e delmiglioramento genetico operato dall'uomo, sonoanch'essi oggetto di cure (alimentazione, ambienti diallevamento, tecniche di allevamento, cure medicheecc.) per migliorare il rendimento e la qualità dellaproduzione.

Catena Alimentare dell’AgroecosistemaL'alimentazione dell'uomo, che è al vertice dellapiramide, comporta un grande dispendio di energia,specialmente se la dieta è formataprevalentemente da prodotti animali.

Una dieta a prevalente base vegetale comporta ilmantenimento, per unità di superficie coltivata, dimantenimento, per unità di superficie coltivata, diun maggior numero di persone;

tuttavia è giustificabile ed incentivabilel'allevamento di animali (ruminanti) che utilizzanoalimenti non destinabili all'uomo (foraggi ricchi dicellulosa e lignina) perché, nonostante il bassorendimento, comporta la produzione di alimenti adalto valore biologico.