Scienze Ambientali

Introduzione all’ecologia Cos’è l’ecologia. Storia dell’ecologia. Approccio riduzionistico e approccio olistico. Autoecologia e sinecologia. Macroecologia. I livelli di organizzazione biologica: individuo, popolazione, specie, comunità, ecosistema. Il concetto di specie Specie; meccanismi di speciazione; deriva genetica; bottle neck e effetto fondatore; specie keystone; habitat former; ecosystem engineers. Interazioni individuo-ambiente I fattori ambientali. Legge di Liebig e legge di Shelford e limiti di tolleranza. Optimum ecologico e limiti di tolleranza. Nicchia ecologica: nicchia fondamentale e realizzata. Definizione di condizioni e risorse. L'ambiente fisico: suolo, acqua, nutrienti, temperatura, luce. Risposte e adattamenti degli organismi alle variazioni ambientali. Ecologia di popolazione e comunità Definizioni. Frequenza di riproduzione, struttura in età, curve di sopravvivenza, misura della densità di popolazione. Dinamica delle popolazioni, modelli di crescita esponenziale; controllo densità-dipendente e competizione intraspecifica; capacità portante e curva logistica; strategia r e K; fluttuazioni, aggregazioni, migrazioni, distribuzione nello spazio, dispersione; metapopolazioni. Interazioni interspecifiche: Neutralismo. Commensalismo. Mutualismo. Importanza delle interazioni mutualistiche. Competizione interspecifica: definizione, esempi. Sfruttamento e interferenza. Coesistenza ed esclusione competitiva. Eterogeneità ambientale e competizione. Il paradosso del plancton. Nicchia e competizione. Il fantasma della competizione passata. Predazione: predatori veri, pascolatori, parassiti e parassitoidi. Erbivoria. Effetti della predazione sulle popolazioni di prede. Risposte funzionali dei predatori. Modello di Lotka-Volterra. Cenni sul foraggiamento ottimale. Risposta aggregativa dei predatori. Meccanismi di difesa. Mimetismo e criptismo. Aposematismo. Comunità: Definizione e concetti. Struttura e fattori che ne influenzano la composizione. Filtro ambientale. Competizione. Eterogeneità e disturbo. La predazione come forza strutturante. Caratterizzazione della struttura di comunità. Pattern spaziali e temporali. Dinamiche e successioni ecologiche: autogena (primaria e secondaria), allogena. Meccanismi di facilitazione, tolleranza e inibizione. Metacomunità. Dinamiche sink-source. Supply-side ecology. Dinamica delle patch. Biogeografia delle isole. Ecosistemi e reti trofiche Concetto di ecosistema. Le proprietà emergenti degli ecosistemi: stabilità, resistenza, resilienza. Gli ecosistemi come sistemi complessi e caotici. Stato, attrattori e bacino di attrazione. Perturbazioni: origine e natura. Resilienza: resistenza e recupero. Stabilità degli ecosistemi. Regime shift: biforcazioni, alternate stable states, soglie, isteresi. Segnali di approssimazione a transizioni critiche. Ciclo di Holling. Esempi di regime shift terrestri e marini. Il flusso di energia e il ciclo della materia negli ecosistemi. Il concetto di energia e i principi della termodinamica. Il trasferimento dell’energia: produttività primaria e secondaria in ambienti terrestri ed acquatici. Rendimenti di consumo, assimilazione, produzione. I livelli trofici. Controllo top-down, bottom-up, wasp-waist. Le reti trofiche e loro caratteristiche. Connettanza. Produttività dei principali ecosistemi terrestri e marini. Piramidi ecologiche. Produzione ed efficienza ecologica. Catena del pascolo e catena del detrito. Il processo di decomposizione. Successione degradativa. I detritivori. Principali tipologie di ecosistemi Ecosistemi terrestri: gli effetti del clima e i biomi. Climadiagrammi e indici climatici. L’ambiente mediterraneo e il fuoco. Acque lacustri: il ciclo stagionale dei laghi; eutrofizzazione. Acque correnti: la zonazione di un corso d’acqua; il concetto di “river continuum”. Ecosistemi marini. Cicli biogeochimici I principali cicli biogeochimici: acqua, carbonio, azoto, fosforo, zolfo. Le alterazioni antropiche dei cicli biogeochimici. Biodiversità Biodiversità: concetto. Fattori che influenzano la biodiversità. Distribuzione globale della biodiversità e gradienti. Teorie sulla distribuzione. Endemismo e hotspot. Alfa, beta e gamma diversità. Inventory diversity: point, alfa, gamma ed epsilon diversità. Differentiation diversity: pattern, beta e delta diversità. Beta-diversità: relazione additiva e moltiplicativa tra alfa e gamma diversità. Indici di dissimilarità di Jaccard e Sorensen. Cambiamenti direzionali e non direzionali. Distance-decay. Beta-diversità negli studi ecologici. Nestedness e turnover. Beta-diversità e connettività. Indici di diversità Misura della diversità. Matrici di dati biologici. Cenni sull'analisi di comunità. Analisi di singole variabili: indici di diversità. Indice di Margalef. Indice di diversità di Shannon-Wiener. Indice di equitabilità Pielou. Indici di dominanza e di diversità di Simpson. Indici di diversità tassonomica. Indici di diversità funzionale. Distribuzioni specie-abbondanza e specie area Rarità. Distribuzione specie-abbondanza. Modello log-normale. Modello serie geomentrica e logaritmico. Modello 'broken stick'. Curve rango abbondanza e disturbo. Curve Abbondanza-biomassa. Relazione specie-area. Formula di Arrhenius. Area minima. Rarefazione ed estrapolazione. Stimatori del numero di specie. Pattern macroecologici, teoria della nicchia, e teoria neutrale della biodiversità. Biodiversità e funzionamento Importanza delle relazioni tra biodiversità e funzionamento degli ecosistemi. Funzioni ecosistemiche. Meccanismi di relazione BEF: facilitazione, complementarietà delle specie, sampling effect, portfolio effect. Modelli di risposta ecosistemica alle variazioni della biodiversità. Diversità e produzione primaria e secondaria. Diversità e metabolismo ecosistemico. Diversità e uso delle risorse. Ridondanza. Beni e servizi ecosistemici. Estinzioni Estinzione locale e regionale. Estinzione globale. Estinzioni di massa. Tasso di fondo di estinzione. Neo-estinzione. Esempi e stime del tasso di neo-estinzione. Caratteristiche ambientali e autoecologiche che aumentano il rischio di estinzione. Cause naturali e antropiche. Effetto della predazione diretta e indiretta dell'uomo: esempi. Distruzione dell'habitat e conseguenze sulla diversità. Ambienti marini e terrestri. Cause indirette. Lista rossa IUCN. Impatti antropici Pressione antropica e popolazione umana. Alterazioni chimiche dell'ambiente: eutrofizzazione, anossia, contaminanti di sintesi, metalli pesanti, idrocarburi, detrito plastico. Bioaccumulo e biomagnificazione. Effetti sugli organismi. Alterazioni fisiche: riscaldamento globale, acidificazione degli oceani, inquinamento termico, luminoso e acustico. Alterazione costiera, strutture artificiali, danno fisico. Frammentazione e distruzione dell'habitat. Effetti sulle specie. Alterazioni biologiche: introduzione di patogeni e specie aliene. Sovrasfruttamento delle risorse. Interazione tra impatti.

Agli studenti è consigliato di possedere conoscenze di base in Chimica, Matematica, Fisica, Botanica e Zoologia, al fine di comprendere al meglio i temi affrontati nel corso.

- Thomas M. Smith, Robert L. Smith - Elementi di ecologia. Ed 9. 2017. Ediz. mylab. Con eText. Con aggiornamento online. Editore: Pearson - Michael L. Cain, William D. Bowman, Sally D. Hacker - Ecologia. 2017. Editore: Piccin - Eugene P. Odum, Gary W. Barrett - Fondamenti di Ecologia. 2006. Editore: Piccin Alcuni articoli scientifici verranno resi disponibilii direttamente dal docente.

La frequentazione del corso è obbligatoria. Data l'elevata interconnessione degli argomenti trattati si raccomanda di assistere a tutte le lezioni compresa l'escursione di campo, parte integrante del corso.

A conclusione del corso, gli studenti dovranno sostenere la prova scritta consistente di venti (20) domande a risposta multipla su argomenti tenuti a lezione. La prova scritta si intende superata quando 15 domande su 20 hanno avuto la risposta corretta. Questo consente il passaggio alla valutazione di profitto con il colloquio orale. L'esame orale prevede un numero di domande congruo a verificare il grado di preparazione dello studente. Sarà valutato per il giudizio e il voto finale, la congruità delle risposte rispetto alle domande formulate, il grado di conoscenze dei concetti acquisiti, la capacità di collegare i diversi argomenti del programma e le conoscenze interdisciplinari, la capacità di riportare esempi esplicativi e contestualizzare i problemi, la padronanza e chiarezza di espressione ed esposizione, l’uso appropriato di un linguaggio specifico. Gli appelli degli esami di profitto, verranno stabiliti in accordo con il regolamento didattico. Per gli studenti lavoratori sarà concordato con il docente un orario che tenga conto delle esigenze reciproche.

Lezioni frontali della durata di 56 ore (8 CFU) e 20 ore di escursione in campo (1 CFU). Alcuni aspetti dello sviluppo degli ecosistemi nello spazio e nel tempo saranno approfonditi mediante l'analisi territoriale fatta direttamente in campo. Alcuni aspetti delle forzanti ambientali (clima, pressione antropica, inquinamento) saranno evidenziati sia nelle lezioni frontali, sia nell'attività di campo.