Pentru realizarea scopului propus am stabilit următoarele obiective: [309634]

Introducere

Lucrarea intitulată ”Contribuții la evaluarea procesului de descompunere în sistemele ecologice” analizează modul în care se desfășoară procesul de descompunere a litierei și factorii care influențează acest procesul. [anonimizat], Insulele Brăilei.

Activitatea în teren s-a [anonimizat], [anonimizat], dar și din membri ai echipei de cercetare a [anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat], Dr. Preda Elena.

Lucrarea este structurată în 5 părți, acestea reprezentând etape importante pentru întelegerea procesului de descompunere. O etapă impotantă a [anonimizat], privind funcționarea sistemelor ecologice și identificarea factorilor care influențează procesul de descompunere a litierei în diferite sisteme. Rezultatele analizei critice a stadiului actual de cunoaștere sunt prezentate în capitolul 2.

Organizarea programului individual de cercetare s-a derulat pe perioada 2019-2020, partea experimentală s-a desfășurat la nivelul Insulei Mici a Brăilei (Balta Mică a Brăilei), [anonimizat] a Brăilei, fost sistem inundabil transformat în teren agricol.

Partea experimentală privind procesul de descompunere a litierei s-a bazat pe un protocol experimental în care au fost prezentate etapele de lucru și materialele necesare. Acesta este prezentat în capitolul 4.

În capitolul 5 [anonimizat], [anonimizat] a datelor obținute cu date din literatură.

Scopul programului individual de cercetare este acela de a [anonimizat].

Pentru realizarea scopului propus am stabilit următoarele obiective:

Analiza cunoașterii științifice cu privire la procesul de descompunere

Investigarea procesului de descompunere în diferite tipuri de ecosisteme

Integrarea rezultatelor obținute în contextul general al circuitului materiei din sistemele ecologice

Capitolul 1. [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat] a materiei organice particulate (MOP) [anonimizat], indirect, în creșterea și dezvoltarea plantelor. [anonimizat]e speciile interacționează unele cu altele în mediul lor fizic.

Deși au existat preocupări încă din secolul al-XlX-lea (începând chiar indirect de la Darwin, 1881), interesul pentru funcționarea ecosistemelor și relația sa cu biodiversitatea a devenit mai intensă până la sfârșitul secolului XX (Jax, 2010). Acest lucru a fost determinat de intensificarea cunoașterii (conștientizarea) faptului că speciile pot avea efecte puternice asupra mediului în care trăiesc (Lawton, 1994; Wallace și Webster, 1996), în cele din urmă, influențând mecanismele de susținere a vieții populației umane (Ehrlich și Ehrlich, 1981). Argumentele se bazează pe recunoașterea faptului că speciile din ecosisteme reglementează în cele din urmă ciclurile biogeochimice și oferă resurse esențiale oamenilor, cum ar fi apa curată, lemnul sau peștele (Jackson și colab., 2016). Trei decenii de cercetare intensivă au stabilit că pierderea biodiversității poate avea într-adevăr repercusiuni importante asupra funcționării ecosistemului (Cardinale și colab., 2012; Hooper și colab., 2005- citat de Chauvet, 2016), dar și că există specii care îndeplinesc roluri similare în ecosisteme (Rosenfeld, 2002).

Descompunerea litierei de origine vegetală este unul dintre cele mai importante procese ecosistemice din biosferă și poate fi influențat de modificările climatice (Boyero, 2011). Prin urmare, elucidarea modelelor spațiale precum și a mecanismelor de control asigurat de factorii de mediu sunt esențiale pentru înțelegerea funcționării ecosistemului atât la nivel local, cât și la scări spațiale mai mari. Așa cum este definit aici, descompunerea litierei implică conversia biologică a biomasei plantelor moarte, fie în CO2 (mineralizare), fie în materie organică de diferite dimensiuni sau forme, cum ar fi particule fine și materie organică dizolvată (Seastedt 1984, Gessner et al. 1999), care apoi pot participa, de asemenea, la procesul de descompunere.

În acest context, elaborarea unei lucrări de licență care să aducă contribuții științifice la dezvoltarea bazei de cunoștințe privind desfășurarea procesului de descompunere în diferite categorii de ecosisteme este foarte importantă.

Dezvoltarea modelului conceptual care a stat la baza acestui studiu s-a realizat pe baza principiilor teoretice ale abordării ecosistemice, prin care se reflectă faptul că “sistemele ecologice sunt sisteme mari, complexe, organizate ierarhic, cu o dinamică neliniară, caracterizată prin faptul că bazinul de absorbție și atractorul lor se modifică în timp datorită presiunii exercitate de factorii exogeni și endogeni” (Vădineanu, 1998).

Asemeni tuturor sistemelor biologice, comunitățile de plante se pot schimba la orice scară posibilă, respectiv sunt dinamice atât temporal cât și spațial. Dinamica vegetației este definită de modificările ce apar în compoziția și/sau structura comunităților de plante (Jerca, 2012).

Degradări majore ale ecosistemelor induc, în mod normal, succesiuni primare sau secundare (adesea decenii sau secole) și apoi există o faza maximă de biomasă (Walker and del Moral 2003, 2009, Walker & Shiels, 2008).

Perioada de dezvoltare a succesiunii este caracterizată în mod general de schimbările preconizabile în compoziția și structura comunităților, ale biodiversității si ale proceselor ecosistemice cum ar fi productivitatea primară, ciclarea nutrienților și descompunerea materiei organice (Walder și colab., 2008, Chapin și colab., 1992, Chapin și colab., 2003).

Studii importante indică faptul că pentru perioade lungi de timp și în absența perturbărilor majore, parametri și procese precum producția primară netă, descompunerea și ciclarea nutrienților, nu ramân constante. După ce a fost atinsă biomasa maximă, ecosistemele pot trece printr-o perioadă de declin substanțial ce nu aparține unui ecosistem degradat (Vitousek and Farrington, 1997, Wardle și colab., 2004; citat de Jerca, 2012).

Cercetătorii Holling și Gunderson au dezvoltat conceptul de dinamică a sistemelor ecologice prin dezvoltarea conceptului de ciclu adaptativ (Holling, 1986, Holling si colab., 2002, Holling and Gunderson, 2002; citat de Jerca, 2012), care cuprinde patru faze (figura 1):

Faza de exploatare (r)/ creștere sau descrește – echivalentul succesiunii primare

Faza de conservare (k)/ acumulare – sinonim succesiunii secundare

Faza de eliberare/ distrugere creatoare

Faza de reorganizare.

Figura 1. – “Optul” lui Holling ce descrie trăsăturile ecosistemelor forestiere (după Ciolpan, 2005, adaptată după Holling 1986; preluată din Jerca, 2012)

Analiza pe termen lung a anumitor caracteristici ale ecosistemelor, cum ar fi productivitatea primară, ratele de descompunere, ratele de ciclare a nutrienților, a evidențiat un declin semnificativ al acestora, proces ce a fost denumit retrogresia ecosistemelor.

Capitolul 2. Analiza stadiului de cunoaștere

2.1. Aspecte legate de importanța procesului de descompunere

Plantele terestre produc circa 120 de miliarde de tone de carbon organic în fiecare an (Beer și colab. 2010), doar o mică parte din acesta fiind sechestrat anual sau eliminat de erbivore. Prin urmare, până la 90% din materia organică produsă la nivel global este reciclată în timpul descompunerii (Cebrian, 1999), accentuând importanța acestui proces în reglarea circuitul carbonului (C) și dinamicii nutrienților (Gessner și colab., 2010). Acest lucru sugerează că procesul invers al producției vegetale – descompunerea litierei – este unul dintre cele mai importante procese ecosistemice din biosferă. În ceea ce privește litiera alcătuită din frunze, ea este sursa comună dominantă de energie și nutrienți pentru comunitățile heterogene din solurile împădurite și ecosistemele acvatice, apa jucând un rol cheie în transportul carbonului și a nutrienților. Descompunerea litierei este o componentă esențială în circuitele carbonului și azotului, deoarece contribuie la eliberarea dioxidului de carbon (Van Geffen și colab., 2010).

În ecosistemele forestiere, modificările fizice și chimice ale substratului sunt rezultatul interacțiunii factorilor biotici și abiotici, care influențează procesul complex de descompunere (García-Palacios, 2015). Aceste interacțiuni includ rezerve climatice și de nutrienți, structura și diversitatea comunităților de descompunere (bacterii, ciuperci și nevertebrate detritivore) și caracteristicile calitative ale resturilor de frunze care se găsesc atât în ecosistemele terestre, cât și în ecosistemele acvatice. Condițiile abiotice pot avea efecte directe (modificări ale umidității, temperaturii și nutrienților) și indirecte (mediate de schimbări în calitatea resurselor de litieră și fenotipurile de descompunere și / sau compoziția comunității) asupra descompunerii litierei (Wardle și colab., 2004). Efectele directe asupra descompunerii litierei pot fi mai puternice în ecosistemele terestre decât în ecosistemele acvatice, având în vedere că heterogenitatea mediului, atât pe verticală cât și pe orizontală, este în general mai mare în ecosistemele terestre, respectiv în sol, decât în ecosistemele de apă dulce. Spre deosebire de ecosistemele terestre, în ecosistemele acvatice, furnizarea continuă de nutrienți din amonte și fluxul constant de apă, determină o descompunere care se produce pe perioade mai scurte.

De asemenea, fluxul constant de apă și furnizarea continuă de nutrienți din amonte determină o descompunere care se produce pe perioade mai scurte decât în ecosistemele terestre (Wagener, Oswood și Schimel, 1998; citat de García-Palacios, 2015).

Pentru funcționarea atât a ecosistemelor acvatice cât și a ecosistemelor terestre, procesele ecologice cum ar fi descompunerea, ciclarea nutrienților și a carbonului, dar și productivitatea primară, sunt esențiale (Chapin și colab., 2002; Didham și colab., 1998; Begon și colab., 2005; citat de Jerca 2012). Rata de descompunere a litierei a fost studiată prin activități experimentale in situ, aplicate în ecosistemele tereste și acvatice, utilizând diferite metode (de exemplu, metoda săculețelor capcană). Unii autori susțin că tehnica săculețelor capcană a fost inițiată de Bocock & Gilber (1957), alții însă atribuie această tehnică altori autori (Suffing & Smith,1973, Mason și colab., 1975, 1976, Switf și colab., 1979; citat de Jerca, 2010).

Utilizarea terenurilor agricole s-a intensificat în ultimele decenii în multe regiuni din întreaga lume, crescând impactul asupra ecosistemelor acvatice și a funcționării lor. Ecosistemele lotice adiacente sistemelor agricole sunt adesea afectate de stresori multipli care acționează simultan sau secvențial asupra ecosistemelor acvatice, incluzând niveluri ridicate de nutrienți, produse agrochimice și sedimente fine, dar și de extragerea apei. Cei mai importanți factori care guvernează activitatea descompunerii fungici și a descompunerii resturilor de frunze includ calitatea litierei și caracteristicile fizico-chimice ale apelor curgătoare. Calitatea litierei este controlată în mare măsură de concentrațiile de nutrienți și de compuși structurali, inclusiv lignina (Gessner & Chauvet, 1994). Diferențele în ceea ce privește calitatea litierei – și rata de descompunere – pot fi mari pentru frunzele din specii de arbori diferite din punct de vedere funcțional, cum ar fi foioasele și frunzele speciilor perene.

Pentru ecosistemele acvatice, la scări biogeografice mari, ratele de descompunere a litierei sunt puternic influențate de temperatură și, în consecință, sunt susceptibile să varieze semnificativ între gradienții latitudinali și climatici. Totuși, puținele studii care au comparat apele dulci tropicale și cele temperate au dezvăluit că, deși activitatea microbiană crește odată cu temperatura, mărunțitoarele de macroinvertebrate, care determină ratele de descompunere a litierei la latitudini mai mari, sunt adesea absente din fluxurile tropicale (Boyero și colab., 2011; Dobson și colab., 2002; Gracia și colab., 2015; Irons și colab., 1994; Rosemond și colab., 1998 ; citat de Chauvet, 2016). Ratele de descompunere sunt, de asemenea, guvernate indirect de starea de nutrienți ai apei, fiind ea însăși afectată de factorii de mediu, inclusiv aporturile antropice ale apelor uzate menajere și deșeurile agricole (de exemplu, Gulis și colab., 2006 *; Lecerf și colab., 2006 * Niyogi și colab., 2003; Pascoal și colab., 2003; Stamm și colab., 2016; citat de Chauvet, 2016).

Lucrările agricole afectează activitatea fungică și descompunerea litierei (resturilor vegetale) prin modificări ale caracteristicilor fizico-chimice ale apelor curgătoare și ale habitatului bentonic (analizat în Ferreira și colab., 2014). Biomasa fungică crește în mod obișnuit datorită nivelurilor ridicate de nutrienți, deși aceasta creștere depinde de alte variabile fizico-chimice, cum ar fi oxigenul dizolvat și temperatura apei. Pentru a atenua aporturile de azot în fluxurile agricole sunt aplicați inhibitori ai nitrificării (de exemplu, dicyandiamida, DCD) pe pășunile din mai multe țări. Majoritatea inhibitorilor nitrificării, inclusiv DCD, sunt solubili în apă și, prin urmare, se scurg ușor sau se infiltrează în timpul precipitațiilor.

O varietate de substraturi organice de calitate diferită, precum material vegetal mort, resturi de organisme moarte și fecale animale, sunt deteriorate în timpul procesului de descompunere eliberând substanțe nutritive. Procesul de descompunere cuprinde două faze și anume: faza propriu-zisă și faza de mineralizare. Descompunerea propriu-zisă constă în fragmentarea detritusului facilitând activitatea microorganismelor prin mărimea suprafeței substratului pentru acestea și transformarea substanțelor organice foarte complexe în compuși organici mai simpli. Mineralizarea este faza finală a procesului și constă în catabolizarea substanțelor organice până la compuși minerali (CO₂, H₂O, NO₂, SO2) (Jerca, 2012).

Variabilele climatice, precum umiditatea și temperatura, împreună cu calitatea substratului, afectează procesul de descompunere și rata de descompunere (Bani și colab., 2018). În unele studii s-a demonstrat faptul că temperaturile ridicate cresc rata de descompunere a substratului datorită efectului său stimulator asupra activităților faunale, microbiene și enzimatice. Cu toate acestea, acest efect este deseori compensat prin reducerea disponibilității apei (Butenschoen și colab., 2011, Gavazov, 2010), deoarece umiditatea solului este principalul factor determinant și limitator al activităților de descompunere. Până în prezent, nu există un consens cu privire la modul în care condițiile climatice viitoare vor schimba structura și funcționarea comunităților solului și modul în care acestea vor afecta furnizarea unor servicii ecosistemice esențiale precum descompunerea litierei (Rui- Yin, 2019).

2.1.1. Efectele schimbărilor climatice asupra procesului de descompunere

Rosenzweig și colab., în 2007, afirmă că schimbările climatice sunt o amenințare globală emergentă, care se poate să aibă un impact profund asupra sistemelor fizice și biologice, în principal din cauza schimbărilor în regimurile de temperatură și precipitații. Un impact subtil al schimbărilor climatice continue este o creștere a temperaturii globale. Este de așteptat ca, până la sfârșitul secolului XXI, Europa să asiste la o creștere a temperaturii aerului cu până la 6,4° C (Meehl și colab., 2007).

Studiile experimentale privind încălzire globală au presupus că ratele de descompunere a litierei variază în funcție de specii, metode și poziția geografică (XU Zhen-Feng, 2009). Calitatea și descompunerea litierei poate fi modificată de încălzirea globală , doar că aceste schimbări nu vor influența ratele de descompunere a litierei pe termen scurt. Diferențele interspecifice în ceea ce privește calitatea și descompunerea litierei sunt dramatic mai puternice decât diferențele induse de încălzirea globală (XU Zhen-Feng, 2009). Astfel, în ecosistemele terestre schimbările induse de încălzirea globală în compoziția și structura comunității speciilor pot avea un impact mai puternic asupra proceselor de descompunere a litierei. Efectele schimbărilor induse de încălzirea globală asupra organismelor solului sunt extrem de incerte în ceea ce privește descompunerea.

Descompunerea litierei (eliberarea de CO₂ din litiera în atmosferă) este o componentă importantă a bugetului mondial al emisiilor de carbon (Couteaux și colab., 1995, Aerts, 1997, Robinson, 2002). Raich și Schlesinger (1992) estimează că cantitatea de CO₂ eliberată prin descompunerea litierei este de 68 Gt pe an, reprezentând aproximativ 70% din fluxul anual total C global. Procesul de descompunere al litierei este controlat în principal de climă, calitatea litierei și biomul solului (Levelle și colab., 1993, Aerts, 1997, Cadish & Giller, 1997 ; citat de Rui- Yin, 2019), iar Levelle și colab. (1993) (citat de Rui- Yin, 2019) consideră că cele trei funcții importante sunt: Clima, Calitatea materiei organice în descompunere, Organismele solului, astfel încât se poate preconiza că schimbările climatice vor avea un impact puternic asupra descompunerii litierei în ecosistemele terestre.

În contextul schimbărilor climatice globale de astăzi, o problemă științifică importantă este aceea că o anumită cantitate de variabile climatice pot afecta direct sau indirect procesul de descompunere a litierei. Modificările ratei de descompunere a litierei induse de schimbările climatice globale pot avea un impact profund asupra stocării C a ecosistemului terestru, care poate contribui în mod direct la un feedback pozitiv privind schimbările climatice globale datorită concentrațiilor crescute de CO₂ atmosferice. Efectul de reacție al descompunerii litierei asupra schimbărilor climatice globale depinde în principal de echilibrul dintre acumularea și descompunerea litierei (Peng Shaolin și Liu Qiang, 2002; Cornelissen și colab., 2007).

Heterogenitatea și complexitatea principalilor factori de control care afectează descompunerea resturilor vegetale și animale în spațiu și timp, precum și efectele combinate ale mai multor factori asupra ratei de descompunere globală a litierei, calității și structurii comunității vegetației și a compoziției speciilor, fac ca acest rezultat al cercetării sa aibă o mare incertitudine (XU Zhen-Feng, 2009).

Funcțiile solului sunt cunoscute ca fiind influențate de multe presiuni din partea tipului de utilizare a terenurilor și a managementului lor (Smith și colab., 2016). S-a dovedit că biodiversitatea și activitatea microflorei precum și a faunei solului suferă din cauza intensificării managementului utilizării terenurilor (Mäder și colab., 2008, Tsiafouli și colab., 2015).

În ecosistemele terestre procesul de descompunere are un rol important în circuitul carbonului, acesta fiind asociat cu izolarea carbonului. Acest proces de descompunere se utilizează pentru estimarea unor funcții din ecosistem, și anume funcția de reglare (reciclarea materiei organice, retenția și reciclarea nutrienților, metalelor grele, radionuclizi).

Litiera supusă descompunerii îmbunătățește de obicei calitatea solului prin adăugarea de materie organică, ceea ce sporește capacitatea solului de depozitare a apei, de filtrare a acesteia, intensifică activitatea microorganismelor din sol și determină creșterea concentrațiilor de nutrienți (Guo & Sims 1999, Bossa și colab., 2005, Ngoran și colab., 2006; citat de Jerca 2012).

La nivelul biosferei cel mai important proces care se desfașoară este procesul de descompunere deoarece reglează emisiile de dioxid de carbon și eliberarea substanțelor nutritive necesare plantelor tinere.

2.2. Factorii care influențează rata de descompunere a litierei

În multe studii ecologice, cercetătorii au încercat să identifice factorii care influențează (controlează) rata de descompunere a litierei. În acest fel au fost identificați factorii cheie care influențează procesul de descompunere a litierei, compoziția chimică a litierei (proprietățile substratului), condițiile climatice și condițiile de mediu.

2.2.1. Caracteristicile substratului

Comunitățile microbiene sunt influențate de caracteristicile substratului care reflectă capacitatea unor taxoni diferiți de a accesa și metaboliza compușii structurali specifici. Speciile de arbori reprezintă un factor cheie selectiv în evidențierea comunităților care se descompun, atât pentru lemn, cât și pentru descompunerea litierei. În special, litiera și resturile lemnoase de la speciile de foioase diferă foarte mult de cele de conifere. În general, speciile de foioase produc litieră de înaltă calitate, care are o viteză mai mare de rulare cu eliberare mare de cationi de bază, cum ar fi Ca2+ și Mg2+, care contribuie la menținerea unei acidifieri mai scăzute a solului, influențând compoziția și activitatea comunitățiilor bacteriene (Lladó și colab., 2017). Litiera de foioase, în comparație cu litiera de conifere, are o concentrație inițială mai mare de nutrienți și o concentrație mai scăzută de polifenol și lignină. Această diferență de calitate contribuie la o rată mai mare de descompunere observată în litiera de foioase. De obicei litiera de foioase pierde masă la viteze mai rapide decât coniferele, din cauza concentrației mai mari de compuși solubili și lizibili, în special în prima fază a procesului de descompunere (Kavvadias și colab., 2001; Prescott și colab., 2000a,b; citat de Bani și colab, 2018). Studiile privind amestecurile de tipuri diferite de substrat, inclusiv speciile de foioase și conifere, au arătat că există și modele neaditive, în ceea ce privește pierderea de masă (care nu este previzibilă din cauza dinamicii de descompunere a litierei dintr-o singură specie). O posibilă explicație ar putea fi transferul nutrienților de la litiera de calitate superioară la cea săracă prin intermediul hifelor sau difuziei fungice (Gartner și Cardon, 2004, Harguindeguy și colab., 2008, Song și colab., 2010; citat de Bani și colab., 2018).

În concluzie, factorii care influnețează compoziția dar și structura comunităților fungice care participă la realizarea procesului de descompunere sunt condițiile de umiditate, stadiul de descompunere și dimensiunea substratului

2.2.2. Caracteristicile ecosistemului

Mai mulți autori au subliniat rolul predominant al factorilor climatici, ca elemente motrice pentru descompunerea microbiană (Herrmann și Bauhus, 2013), în timp ce alte studii au subliniat rolul calității substratului. Cel mai probabil, efectele interactive ale diferitor factori reglează descompunere și rata de descompunere la diferite scări și, prin urmare, ar trebui luate în considerare împreună (Shorohova și Kapitsa, 2014). O sinteză a principalilor factori care influențează comunitățile microbiene de descompunere este prezentată în figura 2.

Dintre factorii de mediu, temperatura și umiditatea sunt variabilele care influențează cel mai mult descompunatorii microbieni în litiera de frunze și resturi lemnoase. În studiile care se axează pe litieră, acești doi factori sunt considerați ca fiind predictorii cei mai buni ai ratelor de dezintegrare (descompunere) (Gholz și colab., 2000, Trophymow și colab., 2002; citat de Bani și colab., 2018). Mai multe studii asupra pădurilor mediteraneene au arătat că umiditatea are o influență mai mare decât temperatura asupra expresiei diferitelor clase de enzime, cum ar fi endoglucanaza, celuloza și peroxidaza (Criquet și colab., 2002, Fioretto și colab., 2000, Rytioja și colab., 2014; citat de Bani și colab., 2018). Activitatea acestor enzime este strâns legată de succesiunea perioadelor reci și calde sau umede și uscate, caracteristica tipică a climatului mediteranean. Seceta ar putea modifica descompunerea, nu numai prin limitarea activității comunităților de descompunere, datorită stresului fiziologic sau a modificării exprimării enzimelor, ci și prin schimbarea compoziției speciilor de plante.

Comunitate microbiană

Compoziția chimică a substratului

Proprietățile fizice ale substratului

Atributele ecosistemului

Figura 2. – Factorii care influențează compoziția și activitatea comunității microbiene (preluat de la Bani si colab., 2018)

2.2.3. Factori climatici

Deoarece descompunerea litierei este influențată în mod intrinsec de regimurile de temperatură și umiditate, se presupune că schimbările climatice au un efect asupra acestui proces. În plus, se așteaptă că schimbările climatice să modifice distribuția speciilor forestiere, în special la latitudini și altitudini mai mari, afectând astfel grupurile de descompunere care vizează specific speciile de plante (Treseder și colab., 2014; citat de Bani și colab., 2018). Cu toate acestea, activitatea microbiană ar putea fi stimulată de temperaturi mai ridicate, favorizând o descompunere mai rapidă a materiei organice (Venugopal și colab., 2016). Schimbările climatice sunt considerate că afectează și dinamica N în păduri, în special în ecosistemele boreale.

Pe de altă parte, nutrienții disponibili din sol au fost corelați cu un alt factor care controlează rata de descompunere a litierei, și anume microorganismele din sol, deoarece solicită nutrienții din sol sau din litieră pentru menținerea activității lor.

În sens restrâns, putem spune că procesul de descompunere este reglementat de trei seturi de factori care interacționează între ei și anume: factorii unitații hidrogeomorfologici (precipitații, umiditatea, temperatura), calitatea litierei și tipul de descompunere (faunistic sau microbian) (Couteaux și colab., 1995, Royer and Minshall 1997, Moris and Brendly 1999, Lindki și colab., 2003, Bunemann și colab., 2004; citat de Bani și colab., 2018). Agenții principali ai descompunerii sunt microorganismele. Calitatea substraturilor influențează comunitatea microbiană împreună cu variabilele de mediu, cum ar fi temperatura și umiditatea. Cu toate acestea, comunitatea microbiană este, de asemenea, capabilă să influențeze caracteristicile substratului.

Carbonul conținut în litieră este eliberat prin degradarea pereților celulari. Componentele peretelui celular pot fi împărțite în trei grupe largi, conform recalcitranței lor: i) molecule solubile în apă; ii) hemiceluloză, celuloză și pectină și iii) lignină și alti compuși aromatici. Primul grup este compus din molecule mici, cum ar fi aminoacizii și zaharurile care sunt ușor accesibile și sunt degradate de microorganismele cu creștere rapidă ale comunității descompunătoare. Celuloza este cel mai abundent polimer natural de pe Pământ (30-50% masa uscată a unei plante). Este o repetare a Dglucosei 1,4-legate și formează lanțuri liniare care sunt ținute împreună cu legăturile de hidrogen pentru a crea o structură cristalină și regiuni amorfe care dau rigiditate pereților celulelor. Hemiceluloza susține cristalele de celuloză și are o structură amorfă: coloana vertebrală este constituită în principal din xilani, xiloglucani și manani cu monomeri ramificați și oligomeri scurți. Lignina este polimerul cel mai recalcitrant din așternut. Lignina este o matrice aromatică complexă, care asigură rezistență și rigiditate pentru a planta peretele celular și pentru a funcționa ca un adeziv între fișierele de polizaharide.

În timpul descompunerii, litiera suferă o pierdere rapidă a compușilor ușor solubili, incluzând amidonul, aminoacizii și zaharul, datorită levigării activității microbiene și atacului faunei solului. În cea de-a doua fază, compușii principali găsiți în litieră sunt lignina și celuloza, acestia fiind degradați de specii microbiene. Această fază se caracterizează prin scăderea ratelor de degradare în comparație cu faza timpurie.

Descompunerea litierei este influențată de conținutul de carbon, chimia nutrienților și stoichiometria. Lignina, conținutul de azot si raportul C:N sunt parametrii specifici care influențează calitatea litierei. De obicei, litiera care are un raport ridicat de C:N este considerată un substrat slab, cu o rată de descompunere mai lentă. În litiera cu conținut scăzut de N, eliberarea de N are loc numai după ce comunitatea microbiană a imobilizat N exogen din mediu și l-a folosit pentru a crește biomasa microbiană sau pentru producerea de enzime specifice (Parton și colab., 2007, Schneideret și colab., 2012; citat de Bani și colab., 2018).

Cele mai multe studii privind procesul de descompunere s-au concentrat pe identificarea proprietăților chimice considerate ca fiind cei mai buni predictori ai ratei de descompunere a litierei, rezultatele obținute în urma experimentelor arătând faptul că rata de descompunere este controlată de o mare varietate de caracteristici ale litierei (Aerts & Caluwe, 1997). Pentru a întelege efectele, precum și intrările de nutrienți și carbon asupra procesului de descompunere, multe studii efectuate s-au focalizat asupra depunerilor de azot. Astfel, s-a emis ipoteza că o concentrație mare de azot poate duce la o rată de descompunere mai rapidă, iar activarea ratei de descompunere este dată de rezervele ridicate ale nutrienților.

Îmbogațirea solului cu azot ar putea modifica statutul elementelor nutritive din sol, afectând creșterea și activitatea microorganismelor din sol, care la rândul lor pot afecta sursa de carbon și eliberarea de nutrienți rezultate în urma descompunerii litierei (Fang și colab., 2007). Mecanismele din spatele proceselor ecologice precum efectele diversității substratului asupra ratei de descompunere sunt adesea neclare, dar se cunoaște faptul ca acestea sunt implicate în transferul de nutrienți și, de asemenea, în diversitatea habitatului (Jerca, 2012).

Studiile privind descompunerea litierei s-au concentrat pe compoziția comunităților de bacterii și relația lor cu comunitatea filosferei (este un termen folosit în microbiologie care se referă la părțile supraterane ale plantelor ca habitate pentru microorganisme) (Bani și colab., 2018). Comunitatea bacteriană arată o succesiune de colonizatori peste descompunerea gunoiului. Cei mai abundenți taxoni găsiți pe întreaga succesiune sunt Proteobacterii, Actinobacterii și Bacteroidete (Purahong și colab., 2016b, Tlaskal și colab., 2016, Urbanová și colab., 2015; citat de Bani și colab., 2018). Bacteriile filosferice, în general sunt prezente în prima fază a descompunerii, acestea fiind rapid înlocuite cu enzime proteolitice și celulolitice producătoare de taxoni.

În ecosistemele acvatice, cei mai dominanți descompunatori sunt ciupercile acvatice, care sunt specifice litierei și joacă un rol cheie în transferul de carbon și energie de la resturile vegetale la detritivorele nevertebrate. Ecosistemele de apă dulce sunt deosebit de vulnerabile la schimbările globale, deoarece sunt relativ izolate, păstrate și intens exploatate de populația umană (Woodward, Perkins și Brown, 2010). Aceasta exploatare de către populația umană constituie o problemă, deoarece microorganismele specifice apelor dulci furnizează mai multe servicii ecosistemice, cum ar fi sechestrarea carbonului, ciclarea de nutrienți și descompunerea materiei organice. S-a remarcat faptul că odată cu creșterile de nutrienți anorganici din fluxuri se stimulează atât activitatea microbiană cât și descompunerea litierei până la un anumit nivel, depășind acest nivel, procesele apar la viteze maxime (Rosemond și colab., 2002, Ferreira, Gulis și Gracia, 2006, Gulis, Ferreira &Graca, 2006; citat de Fernandes, 2014). Prin urmare, concentrații foarte mari de nutrienți pot deveni toxice pentru descompunători și pot inhiba descompunerea frunzelor. S-a constatat că descompunerea litierei vegetale de calitate superioară este mai mare (Webster & Benfield, 1986, Lecerf & Chauvet, 2008), probabil ca urmare a conținutului ridicat de N sau P în frunze. Așadar, astfel de efecte asupra descompunerii frunzelor se pot schimba odata cu temperatura. Temperatura tinde să accelereze descompunerea, probabil ca urmare a creșterii activității metabolice a ciupercilor acvatice (Rajashekhar și Kaveriappa, 2000, Ferreira & Chauvet, 2011b; citat de Fernands, 2014).

Fernandes, în 2014, a emis ipoteza că o creștere a temperaturii apei și a aprovizionării cu nutrienți proveniți din apă, dar și din frunze, ar mări activitatea fungică și descompunerea frunzelor; dacă s-ar întâmpla acest lucru, atunci activitatea fungică maximă ar putea fi atinsă la niveluri mai scăzute de nutrienți anorganici din apă.

2.3. Corelația dintre caracteristicile comunităților de producători primari și procesul de descompunere a litierei

Comunitățile din sol precum si covorul vegetal sunt într-o strânsă legatură și se pot influența reciproc. În ceea ce privește întelegerea funcționării ecosistemelor este necesar să se ia în considerare atât subsitemele cât și interacțiunea dintre ele. În ecosistemele terestre, o mare parte din țesuturile plantelor (55-99%) sunt reciclate în sol (McNaughton și colab., 1989; citat de Jerca, 2012), partea ramasă este consumată de ierbivore, dar și din aceasta o mare parte revin ulterior în sol sub formă de materii fecale. Litiera produsă de speciile de plante conține compuși diferiți, ceea ce rezultă că este de calitate diferită. Calitatea litierei, incluzând proprietățiile fizice și chimice sunt importante, iar cel mai important factor care influnețează activitatea microbiană și rata de descompunere din ecosistemele terestre este returnarea acesteia în sol. Plantele pot influența structura comunității de microorganisme prin redarea litierei în ecosisteme, aceasta reprezentând principala sursă de hrană a microorganismelor (Molina și colab., 1992, Bardgett și colab., 1999; citat de Jerca, 2012). Descompunătorii influențează structura plantelor prin stabilirea ofertei de nutrienți și indirect reglează creșterea structurii și compoziției acestora.

Disponibilitatea nutrienților din sol rezultați în urma procesului de descompunere acționează asupra speciilor de plante și pot modifica compoziția acestora (Swift și colab., 1979, Cadisch & Giller, 1997; citat de Jerca, 2012).

Studiile asupra comunitățiilor de plante au arătat o relație pozitivă între diversitatea comunității și cea a întregului ecosistem (Loreau și colab., 2001), însă sunt mai puțin cunoscute efectele pe care le au acestea asupra funcționării comunităților din sol. Acesta este ocupat de o varietate de organisme, comunitatea cea mai mare de organisme din sol este dată de microorganisme (bacterii și ciuperci), urmată de microfaună (nematode, protozoare, rotifere), mezofaună (acarieni, etc) și microfaună (Swift și colab., 1979; citat de Jerca, 2012).

Fauna solului are un rol important în procesul de descompunere, în ciclarea nutrienților și în modificarea structurii fizice a solului de unde rezultă influența acestora și asupra dezvoltării vegetației (Wardle, 2002, Hattenschwiler & Gasser, 2005, Schadler & Brandl, 2005; citat de Jerca, 2012). Covorul vegetal reprezintă sursa principală de energie (C) cât și sursa disponibilității nutrienților necesari organismelor din sol. Litiera este un factor fundamental care controlează structura și dinamica comunităților vegetale, având un rol mai important în organizarea fitocenozelor decât în circuitul biogeochimic al nutrienților (Facelli & Carson, 1991). Descompunerea și ciclarea nutrienților, în ecosistemele forestiere, sunt efectuate de către descompunători (organismele din sol), iar sursa principală este dată de plantele producătoare de litieră. Alte interacțiuni ale ecosistemului, cum ar fi competiția între speciile de plante, între organismele din sol, concurența dintre ierbivore, dintre prădători, dar și perturbările ecosistemelor sunt de asemenea importante pentru determinarea structurii, dinamicii comunităților și ecosistemelor (Begon și colab., 2005; citat de Jerca, 2012). Calitatea și disponibilitatea nutrienților afectează foarte puternic aceste procese care se desfășoară la nivelul ecosistemelor.

Ratele de descompunere sunt probabil parte a unui feedback pozitiv care are rol de îmbunatățire a disponibilității N, și în mod inert creșterea productivității (Gosz, 1981; Reich și colab., 1997; Peescott și colab., 2000; citat de Jerca, 2012). Deși adaosul de N poate influența creșterea mai rapidă a descompunerii litierei, la speciile cu conținut de lignină scăzută, efectele sunt nesemnificative din punct de vedere statistic, iar probabilitatea de creștere a disponibilității N pe termen lung este prea puțin semnificativă (Carreiro și colab., 2000).

În ultimul deceniu, o atenție deosebită a fost acordată descompunerii litierei din plante pentru a determina dacă acest proces complementar este afectat de diversitatea speciilor de plante. Conform conceptelor actuale, ratele de descompunere a litierei sunt determinate atât de factorii extrinseci cât și de factorii intrinseci. Acestea includ umiditatea, temperatura, furnizarea de nutrienți externi și calitatea litierei. În cadrul unui sistem dat, concentrațiile de nutrienți (N și P) și componentele frunzelor sunt în general trăsături utile pentru a prezice ratele de descompunere a litierei de la o singură specie (Melillo și colab., 1982, Gessner și Chauvet, 1994, Heal și colab., 1997, Hobbie 2005; citat de Lecerf, 2016). Pentru a vedea efectele diversității litierei asupra descompunerii se amestecă diferite specii de litieră și se compară ratele de descompunere a amestecurilor cu ratele preconizate din speciile componente care se descompun izolat. Efectele diversității sunt indicate atunci când amestecurile de gunoi nu se descompun la ritmurile prevăzute de speciile componente. Mecanismele care ar putea fi responsabile pentru efectele amestecurilor de gunoi asupra descompunerii includ transferul de substanțe nutritive (de exemplu, N, P, Ca) sau anumiți compuși organici esențiali (de exemplu, vitamine și unii acizi grași) din speciile de litieră bogată în aceste elemente.

Într-o sinteză a literaturii privind biodiversitatea și descompunerea litierei, în majoritatea experimentelor au fost observate efecte diferite ale litierei provenite din material biologic diferit (diversificate) (Gartner și Cardon 2004). Aceste efecte au variat semnificativ de-a lungul studiilor atât în ceea ce privește direcția, cât și amploarea, iar lipsa efectelor a fost remarcată.

2.4. Studii efectuate pe diferite tipuri de ecosisteme

Unii cercetători susțin faptul că descompunerea litierei reprezintă procesul ecologic de o importanță vitală, care deține rolul major în circuitul nutrienților, al carbonului, fiind suport de bază al dezvoltării microorganismelor cât și al productivității primare.

În unele studii s-a demonstrat că substraturile care se descompun în diferite amestecuri pot avea rate de descompunere diferite, iar activitatea microbiană se modifică. A fost emisă o ipoteză conform căreia creșterea diversității microbiene este dată de diversitatea mai mare de substraturi organice, acest lucru ar putea avea efecte pozitive asupra ratei de descompunere, precum și asupra ciclării nutrienților.

Dehlin (2006 – citat de Jerca 2012) a realizat un experiment care a constat în utilizarea de substraturi organice diferite care au fost supuse procesului de descompunere fie în amestecuri, fie separat. În urma rezultatelor obținute s-a putut identifica faptul că pe substratul bogat în nutirenți (de exemplu fecale sau substraturi ce conțineau fructe de pădure respectiv cu conținut ridicat de zaharoză) efectele asupra comunităților microbiene au fost pozitive deoarece metabolismul acestora este de tip anaerob, iar dioxidul de carbon a fost multiplicat.

Bruder (2014) a realizat un experiment care s-a desfășurat într-o zonă montană temperată și o zonă tropicală de câmpie, acestea fiind alese pentru contrast în ceea ce privește condițiile de mediu, apariția mărunțitoarelor și calitatea litierei furnizată de vegetația ripariană. Studiul în zona temperată a fost realizat în Steina, într-un ecosistem acvatic de ordinul trei, iar studiul în zona tropicală a fost realizat într-un ecosistem acavtic de ordinul al doilea, drenând un bazin lângă Petit Saut, Guyana Franceză. S-au evaluat efectele de amestecare a litierei asupra descompunerii și a rolului relativ al descompunerii mediate de microbiene și de triturare într-un pârâu tropical și unul temperat forestier, folosind metode identice.

Bruder (2014) a emis ipoteza că efectele de amestecare a litierei sunt mai pronunțate la nivelul zonei temperate decât la nivelul zonei tropicale din cauza diferențelor mari de prevalență a mărunțitoarelor și a calității litierei. Variația distinctă a ratelor de descompunere între speciile de litieră este o condiție necesară pentru efectele care apar în experimentele privind relația dintre biodiversitate și procesele ecosistemului (Gessner și colab., 2010; Lecerf și colab., 2011). Aceasta condiție a fost îndeplinită în zona tropicală, dar mai ales în zona temperată unde a existat o abundență de mărunțitori care promovează puternic descompunerea.

Tabelul nr.1 – Date experimentale obținute de Bruder si colab., 2014

Simon B. (2018) a realizat un experiment cu scopul de a estima rata de descompunere a litierei de Salix alba și Populus tremula în timpul iernii folosind metoda săculețelor capcană (săcaculețe cu ochiuri de dimensiuni mici și mari). Ea a emis ipoteza conform căreia litiera de Salix alba și Populus tremula are aceleași rate de descompunere, iar zonele de studiu unde a fost testate această ipoteză au fost Lacul Balaton și Kis-Balaton Wetland.

În ceea ce privește frunzele de Salix alba, 64% -53% din masa uscată inițială a rămas în pungi după jumătate de an de incubare în Lacul Balaton. Nu a existat o corelație semnificativă între pierderile de masă ale litierei din saculețele cu ochiuri mari și mici. În Wetland Kis-Balaton reducerea greutății uscate a fost cea mai proeminentă în primele 14 zile în săculețele cu ochiuri mari (46%) și mici (44%).

În decursul a 168 de zile, frunzele de Populus tremula, din Lacul Balaton, au pierdut 73% din masa lor inițială, pierderea de masa a litierei nu a fost semnificativ diferită între săculețele cu ochiuri mari și mici. După 169 de zile de incubare în zona umedă Kis-Balaton, cantitatea rămasă de P. tremula a fost de 68% în saculețele cu ochiuri de dimensiuni mari, în timp ce la săculețele cu ochiuri de dimensiuni mici a păstrat 40% din greutatea sa inițială. Cantitatea de material care a rămas la sfârșitul experimentului a fost ușor mai mare pentru S. alba, comparativ cu P. tremula în Lacul Balaton, în săculețele cu dimensiuni mari. În zona umedă Kis-Balaton nu a existat nicio diferență semnificativă între cele două specii de frunze în săculețele cu dimensiuni mici.

Simon B. (2018) a ajuns la concluiza că rezultatele indică faptul că activitatea nevertebratelor nu este esențială pentru a crește rata de descompunere pentru S. alba și P. tremula în sezonul de iarnă.

Capitolul 3. Infrastructura de cercetare socio-ecologică pe termen lung

Capitalul natural este un fundament esențial pentru bunăstarea umană (De Groot și co-lab., 2010). Cadrul de servicii ecosistemice a fost dezvoltat cu scopul de a îmbunătăți includerea capitalului natural în luarea deciziilor politice și economice la nivelurile de guvernare (Mil-lennium Ecosystem Evaluation 2005). Peisajul este un concept bine stabilit, care poate ajuta producția și învățarea cunoștințelor prin încurajarea transdisciplinarității, integrând astfel cer-cetătorii și alți producători de cunoștințe reprezentând diferite discipline, precum și părțile in-teresate care reprezintă sectoare diferite la niveluri multiple (Termorshuizen și Opdam 2009).

Consiliul Europei (2000) definește peisajele, respectiv complexele de sisteme ecologice, ca spații de integrare socială și ecologică: „o zonă, așa cum este percepută de oameni, al cărei caracter este rezultatul acțiunii și interacțiunii factorilor naturali și / sau umani”. Termenul de peisaj surprinde numeroasele dimesiuni ale locurilor în care oamenii traiesc și lucrează (Mat-thews și Selman 2006; Pedroli și colab. 2006; citat de Angelstam și colab, 2018). Termenul de peisaj poate fi asimilat celui de complex de sisteme ecologice.

În ceea ce privește menținerea capitalul natural în termeni de biodiversitate prin in-frastructura funcțională ecologică, peisajele modificate necesită adesea consolidarea capacității în sistemele sociale și acțiune prin conservare, management și restaurare în sisteme ecologice (Angelstam și colab 2018).

Pentru a îmbunătăți implementarea adaptată la nivel regional a politicilor care vizează dezvoltarea durabilă în sistemele sociale și ecologice locale, au apărut o gamă largă de concepte de abordare peisagistică, orientate spre producția de cunoștințe bazate pe loc și colaborarea implicată a părților interesate (Axelsson și colab. 2011, 2013; citat de Angelstan și colab, 2018). Un astfel de concept este rețeaua de cercetare socio-ecologică pe termen lung (Long-Term Socio-Ecological Research (LTSER) Network (de exemplu, Haberl și colab. 2006 ; Mirtl și colab., 2008, 2013 ; Anon 2009 ; Grove și colab. 2013 ; Singh și colab. 2013 ; Gingrich și colab. 2016 ; Bretagnolle și colab., 2018; citat de Angelstan și colab, 2018). În prezent există ~ 80 de componente ale rețelei LTSER la nivel global (Mirtl și colab. 2018). Rețeaua LTSER a apărut ca un proces de jos în sus, unde inițiativele locale și naționale existente au devenit parte dintr-o rețea și recunoscute la nivel european (Singh și colab.. 2013; citat de Angelstan, 2018).

Până în anii 90, programul LTER s-a concentrat în principal pe studierea structurii ecosistemelor precum și funcțiile lui. Siturile de scară mică (1 ha până la 10 km²) au fost selectate în conformitate cu criteriile de proiectare specifice ecosistemelor (de exemplu, bazinele hidrologice ale râurilor și lacurilor mici), de preferință în ecosistemele semi-naturale sau naturale. Pe baza măsurătorilor sitului, LTER tradițional și-a propus să documenteze și să analizeze structurile și procesele ecosistemice pentru a detecta schimbările de mediu și impactul acestora asupra ecosistemelor dar și asupra resurselor naturale (Mirtl și colab. 2009; Mirtl 2010; citat de Mirtl 2013). Mai târziu, în programul LTER, au fost adăugate situri LTER urbane, cum ar fi SUA LTER Sites din Phoenix și Baltimore (Hobbie și colab. 2003; Grove și colab., Cap. 16 din acest volum; citat de Mirtl, 2013). Cu toate acestea, din cauza scării reduse a site-urilor și a prejudecăților în selecția site-urilor, LTER a fost constrâns să explice relațiile cauză-efect și fenomenele la scară mai mare, cum ar fi pierderea biodiversității, adesea induse de activitățile umane (Metzger și colab., 2010).

Ca răspuns la aceste analize și autoevaluări în curs de desfășurare, echipele din SUA și Europa au început să promoveze LTSER, și să ia în considerare factorii socio-economici ai schimbărilor ecologice observate în LTER tradițional, cum ar fi schimbările istorice în economie, percepțiile publice asupra mediului lor și utilizarea terenului (Haberl și colab. 2006; Mirtl și Krauze 2007; Singh și colab., 2010; citat de Mirtl, 2013). Aceste eforturi s-au bazat, de asemenea, pe publicațiile anterioare care pledau pentru cercetarea interdisciplinară (IDR) dintre disciplinele științelor naturii (Pickett și colab., 1999).

Cercetarea socio-ecologică folosește abordări inter și transdisciplinare și adoptă o concepție holistică a interacțiunilor om-natură în cercetarea relațiilor complexe-efect și a ciclurilor de reacție. Nu implică neapărat o scară spațială specifică sau un nivel administrativ și nici nu trebuie să se extindă în mod necesar pe perioade lungi de timp. Modele-cadru de cercetare socio-ecologică, cum ar fi Press-Pulse Dynamics (PPD, Collins și colab. 2011; citat de Mirtl, 2013), sau modelul operațional Driver-Pressure-State-Impact-Response (DPSIR; EEA 1999) sunt, dimpotrivă, concepte generice care urmăresc maximizarea aplicabilității modelului (modelelor) la dimensiuni diferite în spațiu și timp. În schimb, LTSER în Europa s-a concentrat pe caracteristicile cadrului de cercetare specific în termeni și spațiu. După ce a emanat în contextul evoluției viitoarei generații de LTER, LTSER oglindește puternic pilonii conceptuali ai LTER, (Mirtl și colab. 2009; SUA-LTER 2011; citat de Mirtl, 2013):

• Abordarea sistemelor: LTER contribuie la o mai bună înțelegere a complexității ecosistemelor naturale și a sistemelor socio-ecologice cuplate.

• Concentrarea asupra procesului: cercetarea LTER are ca scop identificarea, cuantificarea și studierea interacțiunilor proceselor ecosistemice afectate de drivere interne și externe.

• Pe termen lung temporal: LTER se dedică furnizării, documentării și colectării continue și utilizării datelor pe termen lung asupra ecosistemelor cu un orizont de timp între zeci și secole.

• In situ: LTER generează date la diferite scări spațiale în compartimentele ecosistemice ale siturilor individuale și în zonele europene de mediu și regiunile socio-ecologice.

Infrastructura fizică, actorii și părțile interesate, activitățile de cercetare și coordonarea / managementul au fost identificate ca componente cheie în proiectarea platformelor LTSER (figura. 3) (Mirtl și colab., 2013).

Figura 3. – Componentele funcționale ale platformelor LTSER (preluată de la Mirtl si colab., 2013)

Rețeaua LTSER Europe are 28 de parteneri din 22 de țări, printre aceste țări se numără și România reprezentată de Universitatea din București.

Platforma LTSER Bălțile Brăilei (figura 4) este compusă dintr-o unitate complexă de cercetare situată în municipiul Brăila, o serie de stații de cercetare și monitorizare distribuite pe teren și o stație de măsurare automată completă în timp real. Facilitatea situată pe Dunăre are, de asemenea, o navă de cercetare și un ponton de cercetare. Alte componente sunt dezvoltate la sediul din București pentru a sprijini diferite activități de cercetare.

Figura 4. – Localizare LTSER Bălțile Brăilei (după Cazacu și colab., 2019)

Platforma “Insulele Brăilei" cu o suprafață totală de peste 2600 km2 este situată în sud-estul României, corespunzând unui sector al Dunării de 78 km lungime care se întinde între orașele Harsova (kilometrul 253) și Brăila (kilometrul 175). Acest sistem socio-ecologic complex este locuit de aproape 300.000 de oameni și cuprinde ecosisteme puternic modificate (de exemplu, Insula Mare a Brăilei, fosta zonă umedă transformată în teren agricol), dar și sisteme în regim funcțional natural (de ex. Insulele Mici din Brăila), fiind de o valoare naturală și social-economică crucială (https://deims.org/d4854af8-9d9f-42a2-af96-f1ed9cb25712).

Capitolul 4. Materiale și metode

La o scară largă, metoda de evaluare și caracterizare a procesului de descompunerea a litierei este cea a săculețelor capcană/ săculețelor cu litieră, fiind inițiată de Bocock & Gillber 1957, această tehnică putând fi utilizată atât în ecosistemele terestre cât și în cele acvatice (Jerca, 2012). Prin metoda săculețelor capcană, se poate calcula rata de descompunere a litierei la un interval de timp. Literatura de specialitate evidențiază faptul că rata/ viteza procesului de descompunere a litierei este influențată de mai mulți factori cum ar fi, calitatea litierei (în funcție de speciile de plante supuse descompunerii, rata de descompunere diferă de la o specie la alta din cauza conținutului de lignină, prezența unor inhibitori chimici etc) (Webster & Benfield, 1986; citat de Jerca, 2012), de factorii unității hidrogeomorfologice (temperatura, umiditatea, precipitațiile), tipul de descompunere.

4.1. Principiul metodei

Din literatura studiată, litiera utilizată în majoritatea experimentelor este alcatuită din frunze, deoarece pierderile în biomasă ale acestora sunt semificative într-un interval de timp mai scurt. În același timp, litiera poate fi compusă și dintr-un amestec de rădăcini, rizomi etc. doar că timpul de descompunerea al acestui tip de litieră este mai mare.

Litiera folosită la experimente poate fi recoltată fie din zona de interes stiințific, ea aparținând speciilor dominante de plante, fie se poate utiliza litieră standard pentru care se utilizează o singură specie de plantă, avandu-se în vedere că frunzele să nu fie atacate de paraziți.

Săculețele capcană sunt confecționate din plasă de plastic cu ochiuri de diferite mărimi, unele prezintă ochiuri cu dimensiuni mari care permit accesul atât al nevertebratelor cât și al microorganismelor, iar altele prezintă ochiuri cu dimensiuni mici care permit accesul doar microorganismelor.

După introducerea litierei în săculețele capcană, săculețele fine sunt închise cu ajutorul unei benzi izolataore impermeabilă sau cu benzi din plastic, iar cele cu ochiuri mari se cos cu gută sau sunt prinse cu capse.

Etapa următoare constă în plasarea săculețelor capcană în teren, aceștia fiind amplasați atât pe sol, având loc descompunerea supraterană (protocol MSE II, Peipei Liu 2010, Aerts, 1997, Țopa și colab., 1999, Gheorghe, 2002; citat de Jerca 2012), cât și amplasați în apă (protocol RIFUNCTION, Menendez și colab., 2003, Aung Nanda și colab., 2009, Davis, 1991, Genssenr și colab., 1991, Findlay și colab., 1990, Neely și Davis, 1985, Nelson și colab, 1990, Van der valk și colab., 1991; citat de Jerca, 2012), fie pot fi amplasați în sol (descompunere subtereană) (Moore și colab., 2007, Bragazza și colab., 2010; citat de Jerca 2012). Amplasarea pe teren a săculețelor se realizează prin legarea acestora cu sfoară/gută de bare metalice sau de copaci.

Colectarea capcanelor cu litieră se face la intervale diferite de timp (sau la același moment de timp), în funcței de amplasarea acestora. În urma colectării, săculețele cu litieră vor fi spălate pentru îndepărtarea urmelor de substrat, fie sunt curățate manual, litiera rămasă se pune în plicuri urmând a fi uscată la etuvă la 60°C și apoi cântărite la balanța analitică. Datele obținute sunt introduse în baza de date pentru a fi analizate statistic și interpretate rezultatele obținute. În ceea ce privește modelarea datelor pentru evaluarea și interpretarea corectă a procesului de descompunere se pot utiliza modelul regresiei exponențiale (Ison, 1963; citat de Jerca, 2012) și modelul liniar (Peteresen & Cummins, 1974; citat de Jerca, 2012) după cum urmează:

Modelul regresiei exponențiale- presupune existența unei pierderi fracționale constante din cantitatea de detritus vegetal și a fost calculată prin relația:

ln(mₒ/mₜ)= kt

unde:

ln= logaritm natural (ln= 2,7182)

k= rata de descompunere

t= intervalul de timp de la t… t

mₒ= cantitatea de litieră inițială expusă descompunerii (tₒ masă inițială)

mt= cantitatea de litieră ramasă la timpul t

Modelul liniar- reflectă pierderea de detritus vegetal din capcane și reducerea masei acesteia:

% DM rămas= DM final/ DM inițială* 100, unde

DM rămas= pierderea în greutate a litierei la timpul t

DM final= pierderea în greutate a litierei

DM inițial= greutatea inițială a litierei

4.2. Materiale utilizate pentru aplicarea metodei capcanelor cu litieră

Pentru aplicarea metodologiei se utilizează urmatoarele materiale: litieră urcată (materie organică supusă descompunerii), săculețele capcană în care se introduce litiera, etichete rezistente la apă și marker permanent cu rolul de a eticheta fiecare saculeț, bandă izolataore impermeabilă pentru închiderea săculețelor fine, etuvă pentru uscarea litierei după fiecare ridicare, balanță analitică pentru cântărirea litierei, plicuri confecționate din hârtie pentru uscarea litierei după ce au fost îndepărtate nevertebratele și sedimentele, gută pentru închiderea săculețelor mari și pentru instalarea lor pe teren.

Pentru atingerea scopului de a determina procesul de descompunere a litierei ,precum și rata de descompunere a litierei, a fost derulat un experiment organizat la scara de timp de un an, la nivelul sitului de cercetare de lungă durată Insulele Brăilei, în perioada 2019-2020, așa cum se poate observa în figura 5.

Figura 5.- Diagrama organizării activității experimentale

Pentru investigarea procesul de descompunere a litierei specifice Insulelor Brăilei (Insula Mică a Brăilei și Insula Mare a Brăilei) se utilizează metoda săculețelor capcană (cu litieră). Metoda constă în evaluarea pierderii biomasei litierei din săculețele experimentale prin calcularea ratei de descompunere. Săculețele utilizate au fost confecționate la o mărime standard de 10×10 cm, însă s-au folosit două tipuri de săculețe, prezentând ochiuri de diferite mărimi, unii cu ochiuri mari având dimensiunea de 5×5 mm (fotografia 1) (grosieri- coarse), ceea ce permit pătrunderea atât a nevertebratelor din sol cât si a microorganismelor pentru a acționa asupra descompunerii litierei, și alții cu ochiuri mici de dimensiuni 20 x 20 µm (fotografia 2) (fini- fine) în vederea evidențierii doar a influenței microbiene asupra procesului de descompunere.

Odată cu pregătirea săculețelor experimentale se pregătesc și săculețe-martor care sunt tratați la fel ca toți ceilalți, dar nu sunt amplasați în teren.

Foto. 1- Săculețe cu ochiuri mari Foto. 2- Săculețe cu ochiuri mici

Având în vedere necesarul ridicărilor de săculețe experimentale, se vor instala numărul minim de replicate, respectiv câte 3 replicate pentru fiecare tratament experimental. Numărul de săculețele necesare pentru acest experiment este 228 bucăti, acesta fiind calculat astfel: 3replicate x 2 tipuri de săculețe (ochiuri mari și fini) x 4 ridicări x 2 tipuri litieră (Populus sp. și Salix sp.) x 6 situri = 288 buc.

Materialul vegetal utilizat este litieră provenită din ecosistemele locale, respectiv frunze de Populus sp. și Salix sp. care se colectează direct din copaci pentru a se evita colonizarea cu microorganismele existente la nivelul solului. Se colectează doar frunzele sănătoase, fără urme vizibile de fungi sau consum de către nevertebrate. La mijlocul lunii august a fost colectată cantitatea de litieră necesară experimentului, respectiv aproximativ 500g biomasă uscată Salix sp. (fotografia 4) și 500g biomasă uscată Populus sp. (fotografia 3). S-a ales acest tip de material vegetal pentru ca sunt cei mai comuni si cei mai predominanti copaci din Insulele Brailei.

Fotografia 3. – Frunze de Populus sp.

Fotografia 4. – Frunze de Salix sp.

Frunzele se usucă la temperatura camerei aproximativ 14 zile, fără a fi expuse direct în soare, eventual acoperite cu hârtie. Se cântărește la balanța analitică aproximativ 2 g ±0.02 litieră, se umezește ușor litiera (cu un pulverizator cu apă) pentru a se evita deteriorarea la introducerea în săculețe. După introducerea litierei în săculețe, au fost adăugate etichetele cu coduri specifice care sa perimtă identificarea tipului de litieră utilizată, greutatea inițială care a fost introdusă în săculețe, tipul de sit, tipul de saculeț, de exemplu: pentru formarea codurilor pentru stațiile din pădure s-au folosit abrevieri precum: pentru tipul de stație s-a folosit de la H₁ până la H₄, pentru tipul de litieră s-au folosit abrevierile S/P, unde S- Salix sp. si P- Populus sp., tipul de săculeț a fost abreviat cu C/F, unde C- coarse pentru săculețele cu ochiuri mari si F- fine pentru săculețele cu ochiuri mici, iar pentru greutatea inițială a litierei care a fost introdusă în săculețe s-au folosit cifre arabe, rezultatul codului arătând astfel:

Exemplu cod padure: H₁ S/P C/F 1,99 / 2,01

Pentru formarea codurilor din stația din agricol și cel acvatic se păstrează același concept, doar că se înlocuiește H₁…H₄ cu A₁ și A₂ pentru agricol și Hₒ pentru acvatic.

Exemplu cod agricol: A₁ S/P C/F 1,99 / 2,01

Exemplu cod acvatic: Hₒ S/P C/F 1,99 / 2,01

După terminarea acestor etichete, săculețele au fost închise cu bandă izolieră, respectiv cusute cu gută, fiind plasați în pungi de plastic pentru a fi transportați în teren. Amplasarea în teren a avut loc pe la sfârșitul lunii august, în fiecare stație au fost amplasați cate 48 de săculețe cu litieră, dintre care 12 săculețe cu ochiuri mari de Salix sp., 12 săculețe cu ochiuri mari de Populus sp., 12 săculețe cu ochiuri mici de Salix sp. și 12 săculețe cu ochiuri mici de Populus sp.(exceptând stațiile agricole unde au fost amplasați 42 de săculețe, dintre care 9 săculețe cu ochiuri mici de Salix sp. și 9 săculețe cu ochiuri mari de Salix sp.).

Distribuția săculețelor a fost aleataore, doar că distanța dintre saci a fost stabilită ca fiind de aproximativ 10 cm (fotografia 5).

Foto. 5- Imagine reprezentativă pentru amplasarea săculețelor pe teren

4.3. Programul de prelevare

Programul de prelevare sau de ridicare din teren a săculețelor experimentale a fost organizat pentru perioada septembrie 2019- martie 2020, așa cum se poate observa în tabelul nr.2.

Tabelul nr.2. – Timpi de prelevare

Colectarea primului set de săculețe a fost realizat la mijlocul lunii septembrie pentru săculețele din ecosistemele acvatice, iar pentru săculețele din mediul terestru-mediul acvatic colectarea s-a realizat la sfârșitul lunii septembrie. Al doilea set de săculețe din mediul terestru, cât și din mediul acvatic, a fost colectat la sfârșitul lunii noiembrie. Colectarea setului trei de săculețe din mediul terestru s-a efectuat la sfârșitul lunii ianuarie- începutul lunii februarie, iar al patrulea set de săculețe din mediul terestru a fost ridicat la jumatatea lunii martie; la fiecare colectare s-au ridicat 12 săculețe din fiecare stație, respectiv 6 săculețe cu Salix sp. (dintre care 3 săculețe cu ochiuri mari și 3 săculețe cu ochiuri mici) și 6 săculețe cu Populus sp. (similar ca mai sus). Din cauza pandemiei de COVID-19 și a instalării stării de urgență, al patrulea set de săculețe nu a mai putut fi lucrat pentru a putea face o analiză. În mediul acvatic, din cauza unor factori antropici și naturali, săculețele s-au pierdut și nu s-a putut efectua colectarea lor doar la doua momente de timp.

La fiecare colectare, săculețele ridicate au fost introduse în câte o pungă de plastic pe care s-a notat codul săculețului, stația și data colectării. Aduse în laborator, conținutul fiecărui săculeț s-a spălat (fotografia 6) pentru a îndepărta nevertebratele precum și urmele de substrat, după care a fost pus într-un pliculeț confecționat din hâtie (fotografia 7) și băgat la etuvă timp de 48 de ore la 60 °C și apoi cântărite (fotografia 8). Cântărirea s-a realizat în laborator, folosind o balanța analitică pentru evidențierea ratei de descompunere a litierei la intervalul de timp t, datele obținute au fost introduse într-o bază de date în vederea modelării și interpretării acestora.

Foto. 6- Spălarea litierei Foto.7- Introducerea litierei în plic

Foto.8- Cântărirea litierei

4.4. Descrierea siturilor

Programul individual de cercetare cu privire la procesul de descompunere a litierei, folosind metoda săculețelor capcană, s-a realizat în LTSER Insulele Brăilei. Pentru partea experimentală au fost stabilite o serie de transecte atât în zona rămasă încă în regim natural de înundație (Insula Mică a Brăilei), cât și în zone fără regim natural de inundație (Insula Mare a Brăilei) toate situate în cadrul ariei de cercetări ecologice pe termen lung Bălțile Brăilei.

Insula Mică a Brăilei este formată din șapte insule aluvionare numite ostroave, dintre care cele mai importante sunt Ostrovul Popa, Ostrovul Fundu Mare și Ostrovul Vărsătura. Ca zonă de studiu am ales Ostrovul Fundu Mare, unde a fost utilizat același transect stabilit în perioada 2000, la baza stabilirii amplasării stațiilor stând critetiul inundabilității. Pe transect au stabilite un numar de 5 stații de prelevare: H0, H1, H2, H3 și H4 (figura 6).

Figura 6. – Stațiile de prelevare din Insula Mică a Brăilei

Experimentul pentru descompunerea litierei a fost montat doar în 4 stații, acestea fiind: H0 care este într-un ecosistem acvatic, H1 este într-un ecosistem terestru, mai exact forestier, fiind o padure de salcie (Salix sp.), H2 este tot într-un ecosistem terestru, de această dată fiind o pădure de amestec conținând frasin (Fraxinum sp.), salcie (Salix sp.) , amorfă (Amorpha fruticosa), iar H4 se află într-un ecosistem terestru, dar într-o zonă mai umedă decât celelalte.

În structura verticală a stațiilor H1, H2 și H4 se disting 3 sraturi: stratul ierbos, stratul arbustiv și stratul arboricol. Stratul ierbos este heterogen în “ patch-uri” – straturi diferite de acoperire și înălțimi foarte variate, în H1 stratul ierbos fiind absent, în H2 fiind reprezentat de Glechoma hederaceae, Sycios angulatus și Bidens tripartite. În stația H4 stratul ierbos este diferit datorită faptului ca este o zonă unde gradul de inunadabilitate este mai ridicat, acesta fiind reprezentat de specii iubitoare de apă precum Butomus umbelatus, Poligonum mite, Iris pseudocorus, Stachys palustris. În toate cele trei stații predomină aceleași specii de arbori (Fraxinus pelsivanica, Salix alba) și specii de arbuști (Amorpha fruticosa, Rubus caesius șii Morus alba).

Între Dunărea navigabilă și Brațul Valciu se află Insula Mare a Brăilei, denumită și Balta Brăilei. Aici s-au produs profunde transformări cantitative și calitative. Îndiguirile, desecările și despăduririle, survenite începând din 1960, au diminuat cantitativ de 6 ori zona umedă a Bălții Brăilei, de la 149 mii de ha la 26 de mii de ha de luncă inundabilă în prezent.

În Insula Mare a Brăilei s-a utilizat un transect existent cu 3 stații de prelevare, acestea fiind A1, A2 si A3 (figura 7). Experimentul a fost montat în 2 situri, în A1 și A2. Stațiile au fost alese într-un ecosistem terestru, mai exact în zona agricolă, A1 fiind într-o cultură de soia, iar A2 într-o cultură de lucernă.

Figura 7. – Stațiile de prelevare din Insula Mare a Brăilei

Capitolul 5. Rezultate și discuții

Investigarea procesului de descompunere a litierei s-a realizat în cele trei tipuri de ecosisteme, respectiv forestier, acvatic și agricol, din Bălțile Brăilei. Așa cum s-a precizat în capitolul dedicat materialelor și metodelor (organizării activității experimentale), metoda utilizată a fost metoda săculețelor capcană (cu litieră), folosindu-se ca material vegetal, litieră de Salix sp. și Populus sp. Au existat patru momente de prelevare, respectiv de ridicare a săculețelor din teren, și anume sfârșitul lunii septembrie, începutul lunii noiembrie, începutul lunii februarie și mijlocul lunii martie. Perioada de incubare în teren a săculețelor cu litieră a variat. La primul moment de timp săculețele au fost ridicate după 32 de zile, la al doilea moment de timp după 48 de zile, al treilea după 162, iar al patrulea moment de timp după 213 zile. De fapt, aceste zile reprezintă perioada de incubație în teren a săculețelor cu litieră.

Pentru a putea analiza rata de descompunere a litierei, au fost instalate în teren săculețe capcană cu dimensiunea ochiurilor diferită, respectiv săculețe fine (marimea ochiurilor fiind de 20×20 µm) și săculețe grosiere (marimea ochiurilor fiind de 5×5 mm).

Tabelul 3- Distribuția temporală a momentelor de prelevare a săculețelor cu litieră.

Analiza datelor și prezentarea rezultatelor obținute se realizează separat în cele trei tipuri de ecosisteme, dar și în funcție de materialul biologic folosit. Prin urmare, acest lucru constă în analiza dinamicii biomasei litierei rămase în ambele tipuri de săculețe, atât pentru litiera de Salix sp, cât și pentru cea de Populus sp. Prin aplicarea unui model de regresie exponențială s-a calculat rata de descompunere pentru întregul procesc, respectiv constanta k.

O altă parte a analizei este dedicată comparării ratelor de descompunere între tipuri diferite de săculețe, între materialul biologic folosit și între tipurile de ecosisteme.

Analizând dinamica biomasei litierei în ambele tipuri de săculețe, atât pentru litiera de Salix sp, cât și pentru Populus sp. s-a văzut câtă biomasă a rămas nedescompusă.

Astfel, analizând litiera de Salix sp. din săculețele fine, se constată faptul că după 32 de zile de incubare în teren, biomasa rămasă neprocesată (litiera nedescompusă) reprezintă aproximativ 95,4% din biomasa inițială, în timp ce în săculețele grosiere litiera ramasă nedescompusă a fost de 87,5%. La al doilea moment de prelevare, respectiv dupa 48 de zile de incubare în teren, se observă că litiera rămasă nedescompusă din biomasă inițială este de 81,5% în săculețele fine, în comparație cu săculețele grosieri unde litiera nedescompusă este de 74,6% din biomasa inițiala. Între timp procesul de descompunere a continuat, iar la al treilea moment de prelevare, după 162 de zile litiera rămasă neprocesată în săculețele fine a fost de 69,2%, în timp ce în săculețele grosiere a mai rămasa doar 67% din biomasa inițiala. Reprezentarea grafică a biomasei rămasă nedescompusă se poate observa în figura 8- A.

Analizând și litiera de Populus sp. se observă ca procesul de descompunere a fost mai rapid la toate momentele de prelevare în comparație cu procesul de descompunere pentru litiera de Salix sp. Astfel, după cele 32 de zile de incubare în teren, litiera rămasă nedescompusă a fost de 96,9 % din biomasa inițiala pentru săculețele fine, iar în cei grosieri a mai rămasa 85,3%. După 48 de zile de incubare, respectiv la al doilea moment de prelevare, se constată că biomasa rămasă neprocesată este de 65,6% din biomasă inițială în săculețele fine, în schimb în săculețele grosiere litiera rămasă a fost de 60,3%. La al treilea moment de timp, după 162 de zile de incubare în teren, în săculețele fine a mai rămasa 58,7% din biomasa inițială, iar în cei grosieri 47,3%. Biomasa rămasă neprocesată se poate observa în figura 8- B.

Figura 8- Reprezentarea grafică a litierei rămasă nedescompusă pentru Salix sp- A și pentru Populus sp- B.

Pentru a cuantifica biomasa rămasă nedescompusă în diferite tipuri de ecosisteme, analizăm litiera rămasă în fiecare sit.

În ecosistemul terestru, mai exact forestier din Insula Mică a Brăilei, experimentul a fost montat în trei stații H1, H2 si H4. Pentru situl H1, analizând litiera de Salix sp., la primul moment de prelevare, respectiv după 32 de zile de incubare în teren, biomasa rămasă în saculețele fine a fost de 101,9% (este evident ca a fost o eroare la modul de curaățare a litierei după ce a fost prelevată, cel mai probabil au rămas sedimente, sol pe litieră), iar în săculețele grosiere de 93% din biomasa inițială. La al doilea moment de prelevare, în săculețele fine a fost regăsită 84,4% din biomasa inițială, iar în cei grosieri 75,9%. La urmatorul moment de prelevare, litiera rămasă nedescompusă a fost de 68,4% în săculețele fine, în timp ce în saculețele grosiere procesul de descompunere a fost mai lent, astfel că litiera rămasă nedescompusă a fost de 76,4%. Reprezentarea grafică este prezentată în figura 9- A.

Analizând litiera de Populus sp. se constată că rata de descompunere este mai rapidă, decât în cazul litierei de Salix sp. Ca urmare la primul moment de prelevare, litiera rămasă în săculețele fine a fost de 101,4% (fiind acceași eroare la modul de curățare a litierei), iar în cei grosieri de 90.9%. După 48 de zile de incubare în săculețele fine a rămasa 61,7% din biomasa inițială, iar în cei grosieri 69.4%. La al treilea moment de prelevare, biomasa rămasă nedescompusă în săculețele fine a fost de 61%, iar în cei grosieri a fost regăsită 52.8% din biomasa inițială. În figura 9- B se poate observa biomasa rămasș nedescompusă pentru Populus sp.

Figura 9. – Reprezentarea grafică a litierei rămasă nedescompusă în stația H1 pentru Salix sp- A și pentru Populus sp- B.

Pentru stația H2, se face analiza litierei de Salix sp. și se constată că după 32 de zile biomasa rămasă nedescompusă a fost de 99,4% în săculețele fine (existând o mică eroare de curățare a litierei), iar în săculețele grosiere 100% (modul de curățare a litierei nu a fost eficient și bine realizat, astfel încât au rămas sedimente, sol pe litieră). După 48 de zile de incubare în teren în săculețele fine a fost regăsită 79,3% din biomasa inițialș, iar în săculețele grosiere procesul de descompunere a fost mai rapid, biomasa rămasă nedescompusă fiind de 55.4% din biomasa inițială. Procesul de descompunere a continuat, iar după 162 de zile în săculețele fine a fost găsită 71,4%, în schimb în săculețele grosiere litiera neprocesată a fost de 49,1 %. Biomasa rămasă nedescompusă pentru Salix sp. este reprezentată în figura 10- A.

A fost analizată și litiera de Populus sp, astfel încât la primul moment de prelevare în săculețele fine biomasa rămasă nedescompusă a fost de 92.4%, în timp ce în cei grosieri a fost 87.8% din biomasa inițială. În urmatoarea perioadă, după 48 de zile, biomasa rămasă nedescompusă a scăzut, astfel încât în săculețele fine a fost de 76,6% și în cei grosieri a fost de 56,4%. La al treilea moment de prelevare cantitatea de litieră rămasă nedescompusă a fost de 60% în săculețele fine, iar în cei grosieri a fost de 47.8% din biomasa ințială. În figura 10- B se observă biomasa neprocesată pentru Populus sp.

Figura 10.- Reprezentarea grafică a litierei rămasă nedescompusă în stația H2 pentru Salix sp- A și pentru Populus sp- B.

Stația H4 este situată într-o zonă unde gradul de inundabilitate este mai mare și din acest motiv procesul de descompunere este mai rapid decât în celelalte situri. În cazul litierei de Salix sp. după 32 de zile de incubare în teren, biomasa rămasă nedescompusă a fost de 95.9% în săculețele fine, iar în cei grosieri a fost de 89%. La al doilea moment de prelevare în săculețele fine a fost regăsită 75.6%, în timp ce în săculețele grosiere a fost 54.8% din biomasa inițială. După 162 de zile în care săculețele au fost incubate în teren, cantitatea de litieră rămasă neprocesată a fost de 67%, în schimb în săculețele grosiere a fost de 52.5%. Reprezentarea grafică din figura 11- A arată biomasa rămasă nedescompusă.

Litiera de Populus sp. s-a descompus mai mult la al doilea si al treilea moment de prelevare. La primul moment de prelevare, respectiv dupa 32 de zile cantitatea de litieră rămasă nedescompusă a fost aproximativ similară, respectiv 90.2% în săculețele fine și 91.4% în săculețele grosiere. Dupa 48 de zile de incubare în teren litiera găsită în săculețele fine a fost 56.3% și în cele grosiere a mai rămas 49.8% din biomasa inițială. La al treilea moment de prelevare se observă cum procesul de descompunere se manifestă diferit, fiind mai rapid în comparație cu celelalte stații. Astfel încât, la primul moment de prelevare în săculețele fine a rămas nedescompusă 33,2% și în cei grosieri a rămas doar 11.8% din biomasa inițială. Acest lucru se poate observa în figura 11- B.

Figura 11- Reprezentarea grafică a litierei rămasă nedescompusă în stația H4 pentru Salix sp- A și pentru Populus sp- B

În ecosistemul terestru ,dar de data aceasta este unul agricol în Insula Mare a Brăilei, experimentul a fost montat în două stații A1, respectiv A2. Analizând litiera de Salix sp. din stația A1, s-a observat că la pimul moment de prelevare cantitatea de biomasă rămasă în săculețele fine a fost de 103% (ceea ce arată că litiera nu a fost corect spălată astfel încât au rămas sediment, sol, praf pe suprafața ei), iar în cei grosieri cantitatea a fost de 99.4% din biomasa inițială. La al doilea moment de prelevare, procesul de descompunere a fost mai normal, drept urmare în săculețele fine a fost regăsită 88.3% din biomasa inițială, iar în săculețele grosiere 78%. După 162 de zile de incubare în teren, cantitatea de litieră rămasă neprocesată a fost aproximativ similară, respectiv 75.2% în săculețele fine și 78.4% în săculețele grosiere. Acest lucru se poate observa în figura 12-A.

În ceea ce privește litiera de Populus sp., se pare că nu a fost foarte bine spălată sau procesul de descompunere a fost mai lent. Astfel spus la primul moment de prelevare litieră rămasă nedescompusă este de 103% în săculețele fine și 101% în săculețele grosiere. Dupa 48 de zile de incubare în teren, cantitatea de litieră neprocesată este aproximativ similară în cele două tipuri de săculețe, în săculețele fine a fost de 83.9%, iar în cei grosieri de 84.2% din biomasa inițială. La al treilea moment de timp, procesul de descompunere este destul de lent, biomasa rămasă nedescpompusă în săculețele fine a fost de 72.6% și în cei grosieri a fost de 80.7% din biomasa inițială. Figura 12- B arată biomasa rămasă nedescompusă pentru litiera de Populus sp.

Figura 12.- Reprezentarea grafică a litierei rămasă nedescompusă în stația A1 pentru Salix sp- A și pentru Populus sp- B

În stația A2 s-a analizat mai întâi procesul de descompunere pentru litiera de Salix sp. astfel încât, la primul moment de prelevare litiera rămasă în săculețele fine a fost de 100% (procesul de spălare nu a fost realizat corect), iar în cei grosieri a fost de 97.6% din biomasa inițială. După 48 de zile în care litiera a fost incubată în teren cantitatea de litieră a fost cuprinsă între 79.2% în săculețele fine și 74.1% în săculețele grosiere. La al treilea moment de prelevare, săculețele fine nu au mai fost găsite datorită unor factori antopici, iar în săculețele grosiere cantitatea de litieră rămasă nedescompusă a fost de 61.6%, acest lucru se observă în figura 13- A.

În ceea ce privește litiera de Populus sp., la primul moment de prelevare cantitatea de litieră rămasă a fost mult mai mare decât ar fi normal (procesul de spălare nu a fost realizat corect), ca urmare în săculețele fine a fost regăsită 101%, iar în cei grosieri 106% din biomasa inițială. La al doilea moment de prelevare, procesul de descopunere pare să fie normal, biomasa rămasă neprocesată a fost de 67.3% în săculețele fine, iar în săculețele grosiere a fost de 58.6%. După 162 de zile de incubare a mai rămas 58.5% în săculețele fine și în cei grosieri 43.6% din biomasa inițială. Acest lucru se observă în figura 13- B.

Figura 13.- Reprezentarea grafică a litierei rămasă nedescompusă în stația A2 pentru Salix sp- A și pentru Populus sp- B

Așa cum am precizat la începutul prezentării rezultatelor, o parte importanta este dedicată analizei ratelor de descompunere a litierei, calculate pentru fiecare timp de litieră și pentru fiecare stație în parte.

Dupa cum se știe rata cu care se desfășoară procesul de descompunere nu este constantă, în primă parte aceasta fiind mai mare întrucât se elibereaza toți compușii solubili din structura litierei. Mai departe, procesul devine mai lent și depinde foarte mult de compoziția litierei (respectiv de conținutul în diferite elemente) și de condițiile fizico-chimice locale. De asemenea interacțiunile cu alte specii de plante poate influența viteza procesului de descompunere, ca și compoziția și structura comunităților microbiene din sol, a comunităților de nevertebrate din sol și accesibilitatea litierei pentru aceste module trofodinamice (Jerca, 2012).

În urma analizei ratelor de descompunere pentru litiera de Salix sp. și Populus sp. se observă că după primul moment de prelevare săculețele fine pentru Salix sp. prezintă o rata de descompunere mai mare decât a săculețelor fne cu Populus sp., respectiv cuprinse între 0.00064 – 0.00031 (zile ˉ ˡ). La al doilea moment de prelevare se observă că în săculețele fine în care se găsește litiera de Salix sp. rata de descompunere este mult mai mică comparativ cu cea a litierei de Populus sp., aceasta fiind de 0,00433 – 0.00909 (zile ˉ ˡ). Dupa 162 de zile de incubare a săculețelor în teren, ratele de descompunere au valori apropiate pentru cele doua tipuri de litieră, respectiv 0.00215 (zile ˉ ˡ) pentru litiera de Salix sp. și 0.00334 (zile ˉ ˡ) pentru litiera de Populus sp. Acest lucru se observă în figura 14.

Figura 14.- Reprezentarea grafică a ratelor de descompunere în săculețele fine pentru litiera Salix sp. și Populus sp.

În ceea ce privește rata de descompunere pentru săculețele grosiere pentru litiera Salix sp. și Populus sp. se observă că ratele de descompunere pentru litiera de Populus sp. este mai mare în comparație cu litiera de Salix sp. Prin urmare, la primul moment de timp rata de descompunere pentru Salix sp., în săculețele grosiere este de 0.00486 (zile ˉ ˡ), în timp ce pentru litiera de Populus sp. este de 0.00679 (zile ˉ ˡ). După 48 de zile de incubare a săculețelor în teren, rata de descompunere pentru litiera de Populus sp. este mult mai mare decât a litierei de Salix sp., aceasta fiind de 0.01104 – 0.00674 (zile ˉ ˡ). În ceea ce privește al treilea moment de prelevare, ratele de descompunere, pentru cele două tipuri de litieră, sunt mai mici, astfel pentru Populus sp. rata de descompunere este de 0.00564 (zile ˉ ˡ), iar pentru Salix sp. este de 0.00326 (zile ˉ ˡ). Toate aceste date sunt prezentate în figura 15.

Figura 15.- Reprezentarea grafică a ratelor de descompunere în săculețele grosiere pentru litiera Salix sp. și Populus sp.

Pentru a vedea care a fost viteza de desfășurare a procesului de descompunere și care au fost ratele de descompunere, am comparat ratele de descompunere pentru trei tipuri de ecosisteme, respectiv pentru ecosistemul forestier, pentru cel agricol și pentru ecosistemul acvatic. Drept urmare, am ales patru stații pentru a pune în evidența valorile ratelor de descopmunere și felul cum se deșfăsoară procesul de descompunere.

Cele patru stații alese au fost din ecosisteme diferite, H2 si H4 din ecosistemul forestier, doar că H4 este într-o zonă unde gradul de inundabilitate este mai mare; H0 din ecosistemul acvatic și A1 din ecosistemul agricol.

Pentru litiera de Salix sp. în săculețele fine, se observă că la primul moment de prelevare rata de descompunere este mai rapidă în stația H0 fiind de 0.1074 (zile ˉ ˡ), în timp ce în H4 și în H2 rata de descompunere este mult mai mică, respectiv 0.00130- 0.00016 (zile ˉ ˡ). După al doilea moment de prelevare, adică după 48 de zile, se observă că rata de descompunere este mai mare în stația H4, fiind de 0.00581 (zile ˉ ˡ) comparativ cu celelalte stații, H2 și H0 prezintă valori similare cuprinse între 0.00484 – 0.00435 (zile ˉ ˡ), iar în stația A1 rata de descompunere este de 0.00260 (zile ˉ ˡ). După 162 de zile de incubare, ratele de descompunere în stația H4 și H2 sunt asemănătoare, fiind cuprinse între 0.00246 – 0.00207 (zile ˉ ˡ), în timp ce în A1 rata de descompunere este mai mică de 0.00176 (zile ˉ ˡ). Se poate observa în figura 16 ratele de descompunere pentru Salix sp. în săculețele fine.

Figura 16.- Reprezentarea grafică a ratelor de descompunere în stațiile H4, H2, H0 și A1 pentru litiera de Salix sp.,în săculețele fine.

În ceea ce privește litiera de Salix sp. în săculețele grosiere, după primul moment de timp rata de descompunere este mai mare în H0, valoare înregistrată fiind de 0.02031 (zile ˉ ˡ). În H4 și H2 valorile înregistrate au fost de 0.00322 -0.00247 (zile ˉ ˡ), în timp ce în A1 rata de descompunere a fost mică, valoarea a fost de 0.00015 (zile ˉ ˡ). La al doilea moment de timp rata de descompunere cea mai mare a fost înregistrată la stația H4 de 0.01448 (zile ˉ ˡ). În stațiile H2 și H0 au fost prezente valori similare, respectiv cuprinse între 0.00564 – 0.00529 (zile ˉ ˡ), iar în H0 rata de descompunere a fost de 0.00301 (zile ˉ ˡ). Toate acestea se observă în figura 17.

Figura 17.- Reprezentarea grafică a ratelor de descompunere în stațiile H4, H2, H0 și A1 pentru litiera de Salix sp., în săculețele grosiere.

În ceea ce privește litiera de Populus sp., în săculețele fine la primul moment de timp, rata de descompunere cea mai mare a fost înregistrată în H4 de 0.00366 (zile ˉ ˡ), iar cea mai mică a fost în H2 de 0.0001 (zile ˉ ˡ). Se observă că după al doilea moment de prelevare săculețele fine prezintă valori similare atât în stația H4 cât și în H2, respectiv cuprinse între 0.01253 – 0.01246 (zile ˉ ˡ), iar în H0 rata de descompunere a fost de 0.00753 (zile ˉ ˡ). Cea mai mică rata de descompunere a fost întâlnită în stația A1 fiind de 0.00366 (zile ˉ ˡ). La al treilea moment de prelevare în stația H4 valoarea înregistrată a fost de 0.00398 (zile ˉ ˡ), iar în H2 a fost mai mare 0.00439 (zile ˉ ˡ). Se pare ca în stația A1 procesul de descompunere a fost mai lent, astfel încât valoarea înregistrată a fost de 0.00198 (zile ˉ ˡ). În figura 18 se observă reprezentarea grafică a ratelor de descompunere pentru litiera de Populus sp. în săculețele fine.

Figura 18.- Reprezentarea grafică a ratelor de descompunere în stațiile H4, H2, H0 și A1 pentru litiera de Populus sp., în săculețele fine.

Pentru litiera de Populus sp. în săculețele grosiere, la primul moment de prelevare cea mai mare valoare a ratei de descompunere s-a înregistrat în stația H0, fiind de 0.0328 (zile ˉ ˡ), urmată de cea din stația H2 de 0.00415 (zile ˉ ˡ), iar cea mai mică valoare înregistrată la primul moment de prelevare a fost în H4 de 0.00283 (zile ˉ ˡ). La al doilea moment de prelevare, după 48 de zile de incubare în teren, rata de descompunere cea mai mare a fost tot în stația H0 de 0.01742 (zile ˉ ˡ). Pentru stația H4 valaorea înregistrată a fost de 0.01455 (zile ˉ ˡ), urmată de cea din stația H2 de 0.01192 (zile ˉ ˡ), iar ultima valoare fiind de 0.00358 (zile ˉ ˡ) înregistrată în stația A1. La al treilea moment de prelevare valoarea maximă înregistrată a fost de 0.01324 (zile ˉ ˡ) la stația H4. Pentru stația H2 rata de descompunere a înregistrat o valaore de 0.00455 (zile ˉ ˡ), iar cea mai mică valaore a fost la stația A1 de 0.00132 (zile ˉ ˡ). Se poate observa în figura 19.

Figura 19.- Reprezentarea grafica a ratelor de descompunere în stațiile H4, H2, H0 și A1 pentru litiera de Populus sp., în săculețele grosiere.

Simon B. în 2018 a emis ipoteza conform căreia litiera de Salix alba și Populus tremula au aceleași rate de descompunere. Aceasta ipoteza a fost testată de Simon în 2018, care a lansat un experiment în Ungaria, zonele de studiu fiind Lacul Balaton și Zona umedă Kis-Balaton.

Metoda utilizată a fost cea a săculețelor capcană (cu litieră), săculețele având ochiuri fine și ochiuri grosiere, cei cu ochiuri fine au avut dimensiunea de 900 µm, iar cei cu ochiuri mari de 3 mm. Litiera folosită pentru acest experiment a fost Salix alba și Populus tremula.

Pasul următor a fost de a vedea dacă procesul de descompunere este mai rapid într-un ecosistem acvatic decăt într-un ecosistem terestu. Pentru a vedea acest lucru, a fost realizată o comparație între procesul de descompunere din mediul acvatic și cel din mediu terestru.

În ceea ce privește frunzele de Salix alba, 64% -53% din masa uscată inițială au rămas nedescompuse în săculețe, după jumătate de an de incubare în Lacul Balaton, în timp ce în stația H2 din Insula Mică a Brăilie, biomasa rămasă nedescompusă a fost de 71% – 60% din biomasa inițială (figura 20 A, respectiv B).

Figura 20.- Masa uscată rămasă neprocesată de frunze Salix sp. în săculețe în timpul experimentului în Lacul Balaton (A – preluată de la Simon B., 2018) și în stația H2 (B)

Pentru frunzele de Populus tremula, dupa 168 de zile de incubare în Lacul Balaton, biomasa rămasă nedescompusă a fost de 27 % din biomasa inițială, iar în H2 bioimasa nedescompusă a fost de 49% – 47% din bioamasa inițială (figura 21 A, respective B).

Figura 21.- Masa uscată rămasă nedescompusă de frunze Populus sp. în săculețe în timpul experimentului în Lacul Balaton (A – preluată de la Simon B., 2018) și în stația H2 (B)

În Zona umedă Kis-Balaton, masa rămasă nedescompusă de Salix alba, în primele 14 zile, a fost de 46% în săculețele cu ochuri mari și 44% în săculețele cu ochiuri mici, iar în stația A1 din Insula Mare a Brăilei, procesul a fost foarte lent, biomasa rămasă fiind de 99% în ambele tipuri de săculețe (figura 22 A, respective B).

Figura 22. – Masa uscată rămasă nedescompusă de frunze Salix sp. în săculețe în timpul experimentului în Zona umedă Kis-Balaton (A – preluata de la Simon B., 2018) și în stația A1 (B)

În ceea ce privește litiera de Populus tremula, după 169 de zile de incubare în zona umedă Kis-Balaton biomasa rămasă nedescompusă în săculețele cu ochiuri mari a fost de 68%, în timp ce în săculețele cu ochiuri mici a fost de 60% din biomasa inițială. În stația A1 procesul de descompunere a fost mai lent, în săculețele cu ochiuri mari cantitatea de litieră rămasă a fost de 80%, iar în cei mici de 72% din biomasa inițială (figura 23 A, respectiv B).

Figura 23.- Masa uscată rămasă nedescompusă de frunze Populus sp. în săculețe în timpul experimentului în Zona umedă Kis-Balaton (A – preluată de la Simon B., 2018) și în stația A1 (B)

Pentru a vedea dacă procesul de descompunere diferă de la o specie la alta sau este legat de tipul de litieră folosită, de diferite tratamente sau chiar de anumiți factori climatici, am realizat o analiză comparativă a literaturii (tabelul 4).

Tabelul 4.- Analiza ratelor de descompunere și a biomasei în diferite tipuri de experimente

Moore în 1999 susține faptul că, calitatea țesuturilor are o importanță egală, în determinarea ratelor de descompunere, ca clima. Astfel, masa rămasă pentru cele 11 tipuri de litieră, care au țesuturi diferite, a fost între 41 și 87% după 3 ani. Această varianță poate fi explicată prin diferențele dintre lignina inițială Klason și conținutul de azot din țesuturi. Cu cât este mai mare raportul dintre conținutul de lignină și azot, cu atât rata de descompunere inițială este mai lentă.

Schimbările climatice vor afecta depozitarea de C organic în pădurile canadiene în mai multe moduri. Modificările de temperatură și precipitații vor afecta ratele de descompunere, iar concentrațiile crescute de CO2 atmosferice pot duce la o schimbare a calității gunoiului. În plus, se poate aștepta să se schimbe productivitatea primară netă a pădurilor, precum și distribuția diferitelor tipuri de păduri (Moore, 1999).

În 2003 și 2004, Lecerf a realizat un experiment în care a vrut să oberve dacă procesul de descompunere este diferit atunci când litiera este combinată. Astfel, masa observată rămasă a variat între combinațiile de specii pe o gamă similară în ambele locuri (1,2–83,7% în Masivul Central al Frantei și 0,0–88,5% în Carpați Romaniei). O constatare interesantă a studiului realizat de Lecerf în 2007 este că bogăția de specii de litieră a avut un efect redus asupra retei de descompunere. Aceste efecte relativ mici și inconsistente ale diversității gunoiului susțin ideea că descompunerea gunoiului este mai puțin receptivă la variația bogăției speciilor de plante decât productivitatea primară (Wardle și colab., 1997, Hector și colab., 2000- citat de Lecerf, 2007).

Datele obținute din experimentul realizat în Insulele Brăilei, care reprezintă biomasa rămasă neprocesată și ratele de descompunere sunt mult mai mici în comparație cu alte date experimentale. În experimentul realizat de Moore (1999), procesul de descompunere a fost mai rapid, astfel că, biomasa rămasă neprocesată a variat între 41-87 % din biomasa inițială, iar în experimentul realizat în Insulele Brăilei a variat între 47-96 %. Într-un alt experiment realizat de Lecerf (2007), se observă că procesul de descompunere s-a desfășurat cu o viteză mult mai mare decât în cazul celor două experimente, prin urmare biomasa rămasă neprocesată a fost de 1,2–83,7% în Masivul Central al Frantei și 0,0–88,5% în Carpați Romaniei.

Ratele de descompunere au avut valori destul de mici în experimentul din Insulele Brăilei, aceste fiind cuprinse între 0.0003- 0.0110 (zile ˉ ˡ), iar in cel realizat de Jerca (2012) au fost cuprinse între 0.0077- 0.0489 (zile ˉ ˡ).

Din analiza datelor și comparația facută, se observă că procesul de descompunere este influențat de tipul de litieră folosită, de diferite tratamente sau chiar de anumiți factori climatici.

Concluzii

În literatura studiată, mulți cercetători au afirmat faptul că viteza cu care se realizează procesul de descompunere a litierei este influențat de o serie de factori, precum: temperatura, umiditatea, calitatea litierei (conținutul de azot, lignină), dar și schimbările climatice. Analiza comparativă a datelor obținute din activitatea experimentală cu alte date din literatură, ne-a arătat că ratele de descompunere din experimentul nostru sunt foarte mici. Făcând o analiză a condițiilor meteorologice, din august 2019 până în februarie 2020, acestea nu au fost favorabile procesului de descompunere pentru că precipitațiile, atât sub formă de ploaie cât și sub formă de zăpadă, au fost destul de puține în această perioadă, iar temperatura a fost neobisnuită pentru acea perioadă,.

În urma acestei analize s-a realizat că rata cu care se desfășoară procesul de descompunere a fost foarte mică din cauza precipitațiilor puține și a temperaturii. Prin urmare, precipitațiile și temperatura sunt factorii care influențează viteaza cu care se desfășoară întreg procesul de descompunere.

Analiza seturilor de date obținute din activitatea experimentală, respectiv biomasa rămasă neprocesată în săculețe la diferite momente de timp și rata cu care se desfășoară întregul proces de descompunere ne-a permis să considerăm că ratele de descompunere a litierei sunt diferite pentru cele două tipuri de săculețe. Ca urmare, ratele de descompunere sunt mai mici în cazul săculețelor fine, decât în cazul săculețelor grosiere, pentru că este restricționat accesul macronevertebratelor, ceea ce evidentiază rolul esențial al acestora în procesarea materiei.

Analiza biomasei litierei rămase nedescompusă în săculețele experimentale evidențiază faptul că procesul de descompunere este mai accelerat în cazul litierei speciei Populus sp., comparativ cu litiera provenită de la specia Salix sp. Ratele de descompunere au valori cuprinse între 0.002- 0.005 (zile ˉ ˡ) pentru specia care s-a descompus mai lent (Salix sp.) și valori cuprinse între 0.004- 0.008 (zile ˉ ˡ) pentru specia care s-a descompus mai rapid Populus sp.

Prin analiza comparativă a datelor se evidențiază faptul că procesul de descompunere este mai rapid în ecosistemele acvatice decât în ecosistemele tereste. Acest lucru se datorează faptului că umiditatea este mult mai ridicată în ecosistemele acvatice în comparație cu ecosistemele tereste, iar umiditatea este unul dintre factorii cei mai importanți care contribuie la derularea mai rapidă a procesului de descompunere.

Cel mai important proces care se desfașoară la nivelul biosferei este procesul de descompunere deoarece reglează emisiile de dioxid de carbon și eliberarea substanțelor nutritive necesare plantelor. Descompunerea litierei implică conversia biologică a biomasei plantelor moarte, fie în CO2 (mineralizare), fie în materie organică, ceea ce îmbunătățește de obicei calitatea solului, sporește capacitatea solului de depozitare și filtrare a apei, intensifică activitatea microorganismelor din sol și determină creșterea concentrațiilor de nutrienți. Acest proces de descompunere se utilizează pentru estimarea anumitor funcții din ecosistem, și anume funcția de reglare (reglarea circuitului carbonului, reciclarea materiei organice, retenția și reciclarea nutrienților, metalelor grele).