Fondamenti di Ecologia

Obiettivo del corso è fornire allo studente le conoscenze fondamentali sull’organizzazione e sul funzionamento degli ecosistemi, sui flussi di materia ed energia e sui principali cicli biogeochimici, con particolare attenzione alle interazioni tra sistemi naturali e attività antropiche. Al termine del corso, lo studente sarà in grado di interpretare i sistemi ecologici e le loro principali dinamiche, analizzare semplici problematiche ambientali attraverso dati e modelli e valutare gli effetti delle attività e degli interventi antropici sugli ecosistemi, in un’ottica di sostenibilità e transizione ecologica.

In coerenza con i Descrittori di Dublino, al termine del corso lo studente dovrà acquisire:

• Conoscenza e comprensione: conoscere e comprendere i principi fondamentali dell’ecologia, l’organizzazione e il funzionamento degli ecosistemi, i flussi di materia ed energia, i principali cicli biogeochimici e le interazioni tra sistemi naturali e attività antropiche.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: applicare i principi dell’ecologia all’analisi di sistemi e problematiche ambientali, interpretare semplici dati e modelli ecologici e valutare gli effetti di attività e interventi antropici sugli ecosistemi.
• Autonomia di giudizio: analizzare criticamente dati, casi studio e problematiche ambientali e formulare valutazioni autonome sulle possibili conseguenze ecologiche degli interventi antropici.
• Abilità comunicative: descrivere e discutere problematiche ecologiche e ambientali utilizzando un linguaggio scientifico appropriato, anche nell’ambito delle discussioni e delle attività svolte durante il corso.
• Capacità di apprendimento: approfondire autonomamente le tematiche affrontate attraverso lo studio dei testi, dei materiali didattici e dei casi applicativi, integrando conoscenze ecologiche e competenze di interesse ingegneristico.

Le lezioni saranno svolte mediante lezioni frontali integrate da discussioni, analisi di casi studio ed esercitazioni individuali e di gruppo. Le attività esercitative comprenderanno l’analisi di sistemi ecologici reali, semplici elaborazioni di dati ambientali, bilanci di materia ed energia e interpretazione di problematiche ambientali connesse ad attività e interventi di interesse ingegneristico. 

Ove possibile, saranno svolte attività sul campo finalizzate alla comprensione e alla gestione di problematiche ambientali di rilevanza ecologica.

Le attività applicative e la discussione di casi studio sono finalizzate a sviluppare la capacità di applicare i principi ecologici all’analisi di problematiche ambientali e di interpretare dati e processi di interesse ingegneristico.

Qualora l’insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

• Introduzione all’ecologia e ai sistemi ecologici: definizione e obiettivi dell’ecologia; livelli di organizzazione; scale spaziali e temporali; approccio scientifico, dati e modelli; concetto di ecosistema; componenti biotiche e abiotiche; proprietà emergenti; struttura, funzione e dinamica degli ecosistemi; resistenza e resilienza.
• Fattori ambientali e risposta degli organismi: fattori biotici e abiotici; condizioni e risorse; fattori limitanti; legge del minimo e della tolleranza; stress ecologico; adattamento, acclimatazione e plasticità fenotipica; habitat e nicchia ecologica.
• Ambiente fisico, acquatico e terrestre: radiazione solare, temperatura, precipitazioni e disponibilità idrica; principali fattori climatici; proprietà ecologiche degli ambienti acquatici; stratificazione, ossigeno, salinità, nutrienti e pressioni antropiche; suolo, proprietà fisiche e chimiche, infiltrazione, ruscellamento, erosione e degrado.
• Popolazioni e strategie ecologiche: struttura e dinamica delle popolazioni; natalità, mortalità e dispersione; crescita esponenziale e logistica; capacità portante e regolazione; strategie del ciclo vitale e principali trade-off.
• Interazioni ecologiche, comunità e biodiversità: competizione intra- e interspecifica; predazione, erbivoria, parassitismo, mutualismo e facilitazione; struttura delle comunità; ricchezza, diversità e dominanza; reti di interazioni.
• Disturbo, successione e dinamica degli ecosistemi: disturbo; successione primaria e secondaria; resistenza e resilienza; specie aliene e invasioni biologiche; principi di gestione e recupero degli ecosistemi.
• Clima, biomi e distribuzione degli ecosistemi: relazioni tra clima, vegetazione e suolo; gradienti ambientali; principali biomi terrestri e distribuzione geografica degli ecosistemi.
• Energia, produttività e reti trofiche: flusso dell’energia negli ecosistemi; produzione primaria e secondaria; livelli trofici; catene e reti alimentari; efficienza dei trasferimenti; controlli bottom-up e top-down.
• Materia e cicli biogeochimici: compartimenti, stock e flussi; bilanci di massa e tempi di residenza; decomposizione e mineralizzazione; cicli dell’acqua, carbonio, azoto e fosforo; nutrienti, eutrofizzazione e capacità di autodepurazione degli ecosistemi acquatici.
• Ecologia applicata all’ingegneria: principi di ecological engineering; utilizzo dei processi naturali nella progettazione; constructed wetlands e trattamento naturale delle acque; bilanci di massa; ruolo della vegetazione nel controllo dell’erosione; ingegneria naturalistica e soil bioengineering; principi di restauro ecologico e monitoraggio.
• Cambiamento globale, servizi ecosistemici e sostenibilità: cambiamento climatico e altre pressioni antropiche; effetti su specie ed ecosistemi; servizi ecosistemici e capitale naturale; infrastrutture verdi e Nature-based Solutions; sostenibilità, trade-off e impronta ecologica.

1. Smith T. M., Smith R. L., Elementi di ecologia, Pearson.
2. Galassi S., Ferrari I., Viaroli P., Introduzione all’ecologia applicata. Dalla teoria alla pratica della sostenibilità, CittàStudi.

L’apprendimento viene verificato mediante un esame orale finalizzato ad accertare la conoscenza e la comprensione critica degli argomenti trattati e la capacità di applicare i principi ecologici all’interpretazione di sistemi e problematiche ambientali. La valutazione terrà conto della pertinenza e completezza delle risposte, della capacità di collegare i diversi argomenti del corso, della capacità di analisi e ragionamento e, ove pertinente, di interpretare semplici dati, modelli o casi applicativi, nonché della proprietà del linguaggio scientifico e della chiarezza espositiva.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’Integrazione Attiva e Partecipata – Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

• Ecosistema e principali componenti
• Differenza tra habitat e nicchia ecologica
• Crescita esponenziale e logistica di una popolazione
• La legge del minimo di Liebig
• Ciclo dell’azoto e principali alterazioni dovute alle attività antropiche
• Principali interazioni tra specie ed effetti che producono sulle popolazioni
• Resistenza e resilienza di un ecosistema
• Attività antropiche che influenzano struttura e funzionamento di un ecosistema
• Principi ecologici alla base del funzionamento di una constructed wetland.
• Ruolo della vegetazione nella riduzione dell'erosione e principi del soil bioengineering.
• Nature-based Solutions e servizi ecosistemici.
• Analisi degli effetti di un intervento antropico sulla resistenza e resilienza di un ecosistema.