ITALIANO

Componenti biotiche e abiotiche degli ecosistemi. Climi e biomi. Tipi di ecosistemi acquatici. Risposte degli organismi alla variazione dei fattori ecologici. Popolazioni e comunità. Interazioni intra- e inter-specifiche. Successione ecologica. Flusso di energia e cicli biogeochimici. Confronto tra struttura e funzionamento di ecosistemi naturali, selvicolturali e agricoli. Il corso include anche attività di laboratorio (1 CFU), coordinata con il docente del modulo di Biometria, inerente alla raccolta di dati ambientali, previa definizione di un adeguato disegno sperimentale.

Testi consigliati (uno dei due):
- Cain M.L., Bowman W.D., Hacker S.D. (2017). Ecologia. Piccin
- Smith T.M., Smith R.L. (2017). Elementi di Ecologia. Pearson.

Dispense e materiale didattico distribuito a lezione

Testi da consultare:
- Bullini L., Pignatti S., Virzo De Santo A. (1998). Ecologia generale. UTET.
- Odum E.P., Barrett G.W. (2007). Fondamenti di ecologia. Piccin.

Il corso si propone di fornire le conoscenze di base di ecologia e la visione dell’ambiente quale sistema dinamico e complesso, fondamentali per poter gestire in modo sostenibile gli ecosistemi modificati dall’uomo, quali gli ecosistemi selvicolturali e gli agroecosistemi.

Al termine del corso lo studente deve aver acquisito:
• conoscenze approfondite sulle componenti biotiche e abiotiche degli ecosistemi naturali (sia terrestri che acquatici), sulle loro possibili interazioni, sul flusso dell'energia e sul ciclo dei nutrienti sia a scala ecosistemica che a scala globale, e sulle principali modifiche prodotte dall'uomo sugli ecosistemi selvicolturale e agricolo;
• capacità di applicare le conoscenze a casi reali acquisita principalmente durante l’attività di laboratorio;
• capacità di interpretare in modo critico le informazioni provenienti da fonti diverse;
• capacità di comunicare le competenze acquisite, che sarà valutata sulla base dell'esposizione degli argomenti di ecologia durante l'esame orale;
• capacità di aggiornare le competenze acquisite in campo ecologico, che sarà valutata, al momento dell'esame, sulla base della conoscenza di letteratura specifica reperita autonomamente.

Conoscenze e abilità fornite dai corsi di Chimica generale ed inorganica e Botanica generale. In particolare, lo studente deve aver acquisito le nozioni essenziali per la comprensione dei processi chimici e deve conoscere i principali componenti cellulari e
le relative funzioni, e i principali processi biologici (quali fotosintesi, respirazione, replicazione del materiale genetico, etc.).

Il corso è articolato in 5 CFU di lezioni frontali e 1 CFU di laboratorio (affidato ad altro docente).
La frequenza del corso non è obbligatoria, ma fortemente consigliata, in quanto aiuta notevolmente lo studente a riferire i concetti generali a casi reali per facilitarne la comprensione.

La verifica dell'apprendimento è effettuata mediante un esame orale che consiste in almeno tre domande su argomenti indicati nel programma, inclusa l’attività di laboratorio.
L'esame è superato se lo studente risponde in modo sufficiente a tutte le domande. Nella valutazione sarà considerata la conoscenza degli argomenti, la chiarezza e l'organicità dell'esposizione, la capacità di fare collegamenti critici tra gli argomenti.
Il voto, espresso in trentesimi, contribuirà per 6/12 al voto dell'esame integrato di Ecologia e Biometria (12 CFU) tenendo conto del numero di CFU (6) del modulo di Ecologia.

Gli studenti potranno avvalersi delle slide fomite dal docente, nonché di eventuale altro materiale didattico e potranno registrare le lezioni. Tuttavia si suggerisce di usare tale materiale didattico come supporto, studiando anche su uno dei libri di testo consigliati.

LEZIONI FRONTALI (5 CFU)
1. INTRODUZIONE
Concetti di ambiente, ecosistema e bioma. Meccanismi omeostatici e stabilità degli ecosistemi. L'ipotesi GAIA.
2. L'AMBIENTE FISICO
L'ambiente terrestre: il clima. Zone climatiche e biomi. Descrizione dei principali biomi (foresta equatoriale, foresta tropicale stagionale, savana, deserto, foresta temperata decidua, prateria temperata, comunità di arbusti sclerofilli sempreverdi, foresta boreale di conifere, tundra). L'ambiente acquatico: caratteristiche morfobatimetriche, idrodinamiche e chimico-fisiche dei diversi tipi di ecosistemi acquatici (ecosistemi marini, ecosistemi di acque dolci, ecosistemi di transizione).
3. COMPONENTE BIOTICA DEGLI ECOSISTEMI
Produttori: fotoautotrofi con fotosintesi ossigenica (fotosintesi C3, C4, CAM); fotoautotrofi con fotosintesi anossigenica: chemioautotrofi.
Consumatori: erbivori, carnivori, parassiti. Consumatori generalisti e specialisti.
Decompositori: batteri, funghi e pedofauna. Ruolo dei diversi decompositori nel processo di decomposizione della sostanza organica morta. Fattori che regolano il processo di decomposizione.
4. IL SUOLO QUALE HABITAT E PRODOTTO DELL'ATTIVITÀ DEGLI ORGANISMI TERRESTRI
Ruolo dei fattori abiotici e degli organismi viventi nella pedogenesi e nello sviluppo del profilo del suolo. Fase solida, liquida e gassosa del suolo. Componente biotica del suolo. Effetto della tessitura, del pH, della capacità di scambio cationico e della disponibilità di sostanza organica e nutrienti sugli organismi edafici.
5. FATTORI ECOLOGICI
Condizioni e risorse. Intervallo di tolleranza e condizioni ottimali. Organismi euri e steno. Indicatori ecologici. Concetto di nicchia ecologica: nicchia fondamentale e nicchia realizzata. Equivalenti ecologici. Risposte degli organismi alla variazione dei fattori ecologici: adattamenti, risposte di regolazione, acclimatazione, risposte di sviluppo, migrazione, dormienza. Principali fattori limitanti in ambiente terrestre e in ambiente acquatico (luce, temperatura, acqua, etc.).
6. POPOLAZIONI Densità, distribuzione spaziale, struttura per età, natalità, mortalità, migrazioni, dispersioni delle popolazioni. Curve di accrescimento esponenziale e logistico delle popolazioni. Popolazioni a strategia r e a strategia K. Fluttuazione delle popolazioni.
7. COMUNITÀ
Composizione, diversità, dominanza e omogeneità delle comunità. Indici di diversità. Ecotono ed effetto margine. Interazioni tra organismi appartenenti alla stessa comunità: competizione intra e inter-specifica, erbivoria, predazione, parassitismo, allelopatia, antibiosi,
commensalismo, mutualismo facoltativo, mutualismo obbligatorio simbiotico e non simbiotico.
8. SUCCESSIONE ECOLOGICA
Stadi di una successione ecologica. Tipi di successione: successioni autotrofe o eterotrofe; successioni primarie o secondarie; successioni autogene o allogene; successioni cicliche. Meccanismi che determinano una successione ecologica. Cambiamenti delle proprietà di un ecosistema durante una successione ecologica.
9. FLUSSO DI ENERGIA
Produttività primaria lorda e netta. Metodi di misura della produttività primaria. Fattori limitanti la produttività primaria in ambiente terrestre e in ambiente acquatico. Produttività dei diversi biomi terrestri e dei diversi ecosistemi acquatici. Struttura trofica degli ecosistemi. Catena alimentare del pascolo e catena alimentare del detrito. Reti alimentari. Flusso di energia in diversi tipi di ecosistemi.
Efficienza di trasferimento dell'energia: Efficienza di consumo, di assimilazione e di produzione. Efficienza ecologica. Piramidi ecologiche. Bioaccumulo di sostanze tossiche lungo le catene alimentari.
1O. CICLI BIOGEOCHIMICI
Cicli gassosi e sedimentari. Riserve degli elementi nei diversi compartimenti ambientali. Tempo di residenza degli elementi nei diversi compartimenti. Cicli di acqua, carbonio, azoto, zolfo e fosforo.
11. ECOSISTEMI MODIFICATI DALL’UOMO
Confronto tra struttura e funzionamento di ecosistemi naturali e ecosistemi selvicolturali e agricoli.

LABORATORIO (1 CFU)
Determinazione dell'attività microbica in campioni di suolo con differenti caratteristiche fisiche e/o chimiche (quali densità, capacità idrica di campo, pH, tenore idrico o contenuto di sostanza organica).

I dati ottenuti in laboratorio sono elaborati mediante analisi statistica, svolta nell’ambito del modulo di Biometria.

Italian

Biotic and abiotic components of ecosystems. Climates and biomes. Types of aquatic ecosystems. Responses of the organisms to the variation of ecological factors. Population and community. Intra- and inter-specific interactions. Ecological succession. Energy flux and biogeochemical cycles. Comparison of the structure and functioning of natural, silvicultural and agricultural ecosystems. The course includes laboratory activity, coordinated with the professor of Biometry module, concerning the collection of environmental data, after the definition of a suitable experimental design.

Suggested books (one of them):
- Cain M.L., Bowman W.D., Hacker S.D. (2017). Ecologia. Piccin.
- Smith T.M., Smith R.L. (2017). Elementi di Ecologia. Pearson.

Teaching material provided during lessons

Other reference books:
- Bullini L., Pignatti S., Virzo De Santo A. (1998). Ecologia generale. UTET.
- Odum E.P., Barrett G.W. (2007). Fondamenti di ecologia. Piccin.

The course aims to provide basic knowledge on ecology and the view of the environment as complex and dynamic system that is necessary to sustainably manage the ecosystems modified by man, such as silvicultural ecosystems and agroecosystems.

At the end of course the student must have acquired:

• deep knowledge on biotic and abiotic components of terrestrial and aquatic ecosystems and their interactions, energy flux and nutrient cycles at ecosystem and global scale, as well as on the main human-induced changes on selvicultural and agricultural ecosystems;
• capacity to apply knowledge to real cases mainly acquired through laboratory activity;
• capacity to interpret information derived from different sources in a critical manner;
• capacity to communicate acquired skills evaluated on the basis of the presentation of ecological topics during oral examination;
• capacity to upload acquired skills in ecological field that will be evaluated, during the examination, on the basis of the knowledge of specific literature obtained autonomously.

Knowledge and skills provided by the courses of General and Inorganic Chemistry and General biology. In particular, the student must have acquired the essential notions for the understanding of chemical processes and must know the main cellular components and their functions, as well as the main biological processes (such as photosynthesis, respiration, replication of genetic material, etc.).

The course consists of 5 CFU of frontal lessons and 1 CFU of laboratory (assigned to another teacher).
The attendance at the course is not mandatory, but it is strongly recommended because it helps students to refer general concepts to real cases in order to facilitate their understanding.

The verification of learning will be carried out through an oral examination that consists of at least three questions on topics reported in detailed program, included the laboratory activity. The examination is passed if the student responds sufficiently at all questions. The evaluation will be made on the basis of the knowledge of topics, the clarity and organization of the exposure, the capacity to link critically the topics.
The vote, expressed in 30ths, will contribute to 6/12 of the vote of integrated examination of
Ecology and Biometry (12 CFU), considering the CFU number (6) associated to the Ecology module.

Students can make use of slides provided by professor and other teaching materials and can record lessons. However, it is advised to use this teaching material as support, also studying on one of suggested books.

LECTURES (5CFU)
1. INTRODUCTION
Concepts of environment, ecosystem and biome. Homeostatic mechanisms and stability of ecosystems. GAIA hypothesis.
2. PHYSICAL ENVIRONMENT
Terrestrial environment: the climate. Climatic zones and biomes. Description of main biomes (equatorial forest, seasonal tropical forest, savannah, desert, temperate deciduous forest, temperate grassland, evergreen sclerophyllous shrub community, boreal coniferous forest, tundra). Aquatic environment: bathymetric, hydrodynamic, physical and chemical features of aquatic ecosystems (marine ecosystems, fresh-water ecosystems, estuarial ecosystems).
3. BIOTIC COMPONENT OF ECOSYSTEMS
Producers: photoautotrophs with oxygenic photosynthesis (C3, C4, CAM photosynthesis); photoautotrophs with anoxygenic photosynthesis; chemoautotrophs. Consumers: herbivores, carnivores, parasites. Generalist and specialist consumers. Decomposers: bacteria, fungi and pedofauna. Role of different decomposers in organic matter decomposition. Factors regulating decomposition process.
4. THE SOIL AS HABITAT AND RESULT OF ACTIVITY OF TERRESTRIAL ORGANISMS
Role of biotic and abiotic factors on pedogenesis and on soil profile development. Solid, aqueous and gaseous phases of the soil. Biotic component of soil. Effects of texture, pH, cationic exchange capacity and availability of organic matter and nutrients on soil organisms.
5. ECOLOGICAL FACTORS
Conditions and resources. Tolerance interval and optimal conditions. Euri- and steno-organisms. Ecological indicators. Ecological niche: fundamental and realized niche. Ecological equivalents. Responses of organisms to ecological factors variations: adaptation, regulation responses, acclimation, development responses, migration, dormancy. Main limiting factors in terrestrial and aquatic environment (such as light, temperature, water, etc.).
6. POPULATION
Density, spatial distribution, age structure, natality, mortality, migration and dispersal, growth curves (exponential and logistic) of populations. Populations with r or K strategy. Fluctuation of populations.
7. COMMUNITY
Community composition, diversity, dominance and homogeneity. Indices of diversity. Ecotone and margin effect. lnteractions among organisms of the community: intra-specific and inter-specific competition, herbivory, predation, parasitism, allelopathy, antibiosis, commensalism, optional mutualism, symbiotic mutualism and non-symbiotic mutualism.
8. ECOLOGICAL SUCCESSION
Stages of ecological succession. Types of ecological succession: autotrophic or heterotrophic successions; primary or secondary successions; autogenic or allogenic successions; cyclic successions. Mechanisms determining ecological succession. Changes of ecosystem properties during an ecological succession.
9. ENERGY FLUX
Gross and net primary productivity. Measurement methods of primary productivity. Limiting factors of primary productivity in terrestrial and aquatic environment. Productivity in different terrestrial biomes and aquatic ecosystems. Trophic structure of ecosystems. Grazing food chain and detritus food chain. Food web. Ecological pyramid. Energy flux in different ecosystems. Energy transfer efficiency: consumption efficiency, assimilation efficiency, production efficiency, ecological efficiency. Bioaccumulation of toxic compounds along food chains.
1O. BIOGEOCHEMICAL CYCLES
Gaseous and sedimentary cycles. Reserves of elements in environmental compartments. Residence times of elements in different compartments. Cycles of water, carbon, nitrogen, sulphur and phosphorus.
11. MAN-MODIFIED ECOSYSTEMS
Comparison between structure and functioning of natural ecosystems and silvicultural and agricultural ecosystems.

LABORATORY (1 CFU)
Determination of microbial activity in soil samples with different physical and/or chemical characteristics (such as density, water holding capacity, pH, water content or organic matter content).

The data obtained in laboratory are processed by statistical analysis, carried out within module of Biometry.