Obiettivi formativi
Il corso di ecologia intende fornire i fondamenti scientifici su cui si è connotata l'evoluzione del pensiero e della ricerca ecologica nell'ultimo secolo, tenendo conto della fisionomia professionale sempre più marcata che i laureati in scienze della natura e dell'ambiente potranno assumere rispetto ai problemi di gestione e conservazione delle risorse naturali e dei processi ambientali alterati.
Lo studente acquisisce le conoscenze di base nei diversi settori dell’ecologia generale: adattamento degli organismi all’ambiente, ecologia di popolazione e comunità, struttura e processi dell’ecosistema. Una sezione a parte è dedicata allo studio della biodiversità e dei servizi dell’ecosistema, temi di grande attualità, non solo per la gestione ambientale, ma anche per lo sviluppo economico.
La capacità di applicare la conoscenza acquisita è sviluppata con esercitazioni tenute dal docente con il coinvolgimento degli studenti nelle quali sono svolti esercizi su stechiometria ecologica, crescita di una popolazione con e senza limitazione da risorse, competizione interspecifica tra due popolazioni che usano le stesse risorse, applicazione di indici ecologici, ecc.
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
L’insegnamento è articolato in sei parti.
Nella prima parte sono presentati i fondamenti scientifici su cui si è connotata l'evoluzione del pensiero e della ricerca ecologica nell'ultimo secolo, tenendo conto della fisionomia professionale sempre più marcata che i laureati in scienze della natura e dell'ambiente potranno assumere rispetto ai problemi di gestione e conservazione delle risorse naturali e dei processi ambientali alterati.
Nella seconda parte sono illustrati i principali fattori abiotici e il loro effetto sugli organismi viventi. In particolare viene sviluppato l’approccio auto ecologico focalizzato su condizioni ambientali e adattamenti. Sono quindi presentati i concetti di habitat, nicchia, tolleranza e stress.
Nella terza parte viene sviluppata l’ecologia delle popolazioni, con particolare riferimento a struttura, dispersione, crescita e fattori limitanti.
Nella quarta sezione è presentata l’ecologia delle comunità come risultante delle interazioni tra popolazioni, con particolare riferimento a competizione interspecifica e predazione. Viene proposto un primo approccio quantitativo con i modelli elementari di Lotka-Volterra. Viene quindi presentato il concetto di rete trofica.
Nella quinta sezione viene affrontato lo studio dell’ecosistema come unità fondamentale per l’analisi dei sistemi ambientali, avendo come riferimento gli aspetti energetici e i cicli della materia.
Viene infine proposta una sezione monografica dedicata alla biodiversità e ai servizi dell’ecosistema.
Programma esteso
Concetti di base e storia dell’ecologia. Organizzazione gerachica dei sistemi ecologici e proprietà emergenti. Scale spaziali e scale temporali in ecologia. Fattori fisici e clima. Fattori chimici e principali matrici ambientali: atmosfera, idrosfera, litosfera/pedosfera e biosfera. Composizione elementare e ruolo ecologico degli elementi con numero atomico < 30. Acqua e termoregolazione. Energia e sistemi ecologici. Condizioni ambientali e adattamenti degli organismi. Habitat, nicchia, tolleranza e stress.
Ecologia di popolazione. Metapopolazioni. Metodi di campionamento. Crescita esponenziale. Limitazione da risorse, competizione intraspecifica e crescita logistica. Competizione interspecifica: esclusione e coesistenza. Equazioni di Lotka Volterra. Interazioni predatore-preda. Altre interazioni biologiche: mutualismo, simbiosi, parassitismo, mimetismo e coevoluzione.
Ecologia di comunità. Organizzazione e struttura trofica. Reti trofiche. Effetti della limitazione: interazioni trofiche a cascata, regolazione top-down e bottom-up. Successione ecologica.
Ecologia dell’ecosistema. Il ciclo del carbonio come legame tra mondo abiotico e sistema vivente. Produzione primaria e decomposizione: reazioni, processi e fattori limitanti. Modelli concettuali dell’analisi energetica: Elton, Lindeman e Odum. Le piramidi di numeri, biomasse ed energia. Critiche al modello trofo-dinamico.
Principali cicli biogeochimici. Il ciclo dell’acqua. Acqua come solvente e stechiometria ecologica. Cicli della materia nella foresta pluviale tropicale, nella foresta temperata decidua, in un lago ed in un agro-sistema. Concetti base dei cicli di C, N, P, Fe e S. Buffer capacity biogeochimica. Perturbazioni, resilienza, resistenza e regime shift.
Biodiversità: Hutchinson e l’Homage to Santa Rosalia. Diversità fenotipica, genetica, di specie, ecosistemi e paesaggio. Come si studia la biodiversità. Indici ecologici. Fattori che influenzano la biodiversità: latitudine, produttività, stress naturale e antropico, ipotesi del disturbo intermedio. Relazione specie area: Biogeografia delle isole.
Biodiversità, beni e servizi dell’ecosistema. Introduzione al Millenium Eco system assessment.
Bibliografia
Libro di testo consigliato: Smith T.M. & Smith R.L., 2013. Elementi di Ecologia. 8^ edizione. Pearson Italia, Milano-Torino.
Dispense del docente e Diapositive delle lezioni in formato pdf scaricabili dalla sezione "Materiale didattici" (http://scienzenatamb.unipr.it/cgi-bin/campusnet/corsi.pl)
Metodi didattici
Lezioni frontali del docente nelle quali sono enucleati e discussi i concetti principali della moderna ecologia (5 crediti).
Esercizi svolti in classe dal docente e dagli studenti con l’assistenza del docente (1 credito)
Presentazione dei principali temi relativi alla biodiversità e dei servizi eco sistemici, accompagnati dalla lettura e dal commento di alcuni articoli scientifici sull’argomento (3 crediti)
Modalità verifica apprendimento
Alla fine del corso lo studente è in grado di analizzare e comprendere le principali caratteristiche strutturali degli ecosistemi ed i processi ad esse correlati. Sulla base di tali conoscenze, lo studente possiede le conoscenze gli strumenti per affrontare lo studio di problemi ambientali con diversi livelli di complessità.
L'acquisizione delle conoscenze è verificata mediante esame scritto. La traccia del compito è costituita in media da 8-10 domande a risposta chiusa da 1 punto ciascuna, 6-7 domande a risposta chiusa da 2-3 punti ciascuna e da 2-3 problemi da 3-4 punti ciascuno, per un totale complessivo di 35 punti. L'esame è superato con il punteggio di 18 punti. La lode è acquisita con punteggio maggiore o uguale a 33 punti. Gli studenti che superano l'esame scritto sono ammessi all'esame del modulo integrato di Analisi dei sistemi ambientali. Esempi di tracce d'esame sono disponibili nella sezione "Materiale didattico" (http://scienzenatamb.unipr.it/cgi-bin/campusnet/corsi.pl)
Altre informazioni
Il corso di Ecologia è integrato con il corso di Analisi dei Sistemi Ecologici. I due corsi sono valutati con esami distinti. L'ammissione all'esame di Analisi dei sistemi ecologici è subordinata al superamento dell'esame di Ecologia. Il voto finale è dato dalla media pesata per i crediti dei voti dei due esami.
