UIVERSITATEA BABE -BOLYAI, CLUJ -APOCA FACULTATEA DE TIITA I IGIERIA MEDIULUI

Specializarea:

IGIERIA SISTEMELOR BIOTEHICE I ECOLOGICE,

IGIERIA MEDIULUI

AUL II

BIOTEH OLOGII I DEPOLUAREA SISTEMELOR ECOLOGICE

SUPORT DE CURS

LECTOR

Dr. biolog Dana Malschi

2014

1

BIOTEHOLOGII I DEPOLUAREA SISTEMELOR ECOLOGICE

OTE DE CURS

Cuprins:

Syllabus-prezentarea i planificarea cursului i lucrrilor practice

Cap. 1. Noiuni de baz privind biotehnologiile aplicate la mediu, depoluarea biologic i

bioremedierea ecosistemelor naturale i antropizate. Sisteme de management integrat de mediu i

reabilitarea ecosistemelor naturale i antropizate.6

Cap.2 Bioremedierea11

Principiile bioremedierii i reconstruciei ecologice.

Tehnologii de bioremediere. Etapele elaborrii i metodologie.

Importana microorganismelor din sol i ap.

Cap.3 Depoluarea biologic39

Depoluarea prin biodegradarea substanelor organice din sol Depoluarea de eurilor i reziduurilor

Epurarea biochimic i biologic a apelor poluate. Epurarea apelor uzate industriale.

Cap.4. Reconstrucia biotopurilor, biocenozelor i ecosistemelor degradate.....74

Reconstrucia ecologic i recultivarea haldelor de steril, a zonelor poluate i degradate. Tehnologii de bioremediere a solurilor tehnogene din halde de steril de la minele de crbune, fier,

plumb, zinc, sulf, etc..............................................

Recultivarea biologica a terenurilor degradate.88

Plante utilizate n recultivarea terenurilor degradate. Plante ierboase. Arbori i arbu ti.

Reconstrucia ecologic n agricultur

SYLLABUS

Informaii generale despre curs, seminarii, lucrarei practici sau laborator

Titlul disciplinei: BIOTEH OLOGII I DEPOLUAREA SISTEMELOR ECOLOGICE

Codul:

IM 2202

umr de credite:

5

Locul de desf urare:

Facultatea de tiina Mediului i Ingineria Mediului

Programarea n orar a activitilor: Sptmnal 2 ore de curs + 2 ore de lucrri practice;

Marti: Curs-orele 12-14, Amfiteatru sau sala D 1.4.

Lucrri practiceorele 12-14; 14-16; 16-18/Miercur: Sala D 1.4/Lab. de biotehnologii

Informaii despre titularul de curs, seminar,

ume i titlul tiinific: Malschi Dana, Lector Universitar, Cercettor tiinific gradul I ,

Membru asociat al Academiei de tiine Agricole i Silvice

Informaii de contact: e-mail: danamalschi@yahoo.com,

Ore de audien:marti, ora 16-18, sala D 1.3. Laborator de biotehnologii

Descrierea disciplinei Obiectivele cursului/disciplinei:

Cursul BIOTEHOLOGII I DEPOLUAREA SISTEMELOR ECOLOGICE are ca obiectiv general acumularea unor cuno tine de baz asupra metodelor de depoluare biologic, de bioremediere a calitii mediului i de reconstrucie ecologic utiliznd factori biotici i resurse de biodiversitate integrai n biotehnologii de depoluare..

Aceste cuno tine sunt utile speciali tilor pentru nelegerea importanei elaborrii strategiilor managementului integrat de

mediu, incluznd i metodele biotehnologice, n contextul asigurrii dezvoltrii durabile a vieii.

Obiectivele specifice cursului se refer la:

nsu irea cuno tinelor teoretice i practice de baz privind depoluarea biologic, bioremedierea mediului, reconstrucia biodiversitii sau refacerea echilibrului biocenotic afectate de factori distructivi, n ecosistemele naturale i antropizate;

dobndirea competenelor necesare pentru analiza i evaluarea principalelor cazuri de dezechilibru i

disfuncionaliti naturale i antropice, analiza noilor relaii aprute ntre componentele mediului i stabilirea biotehnologiilor specifice de restaurare, depoluare i bioremediere.

Din cuprinsul cursului mentionam:

Depoluarea biologic i bioremedierea ecosistemelor naturale i antropizate. Depoluarea biologica prin degradri biotice: biotransformare, biodegradare, biosorpie, bioacumulare.

Biodegradarea substanelor organice din sol n ciclul carbonului: Biodegradarea glucidelor (descompunerea celulolozei, glucozei, substanelor pectice, amidonului, chitinei, ligninei etc.). Biodegradarea lipidelor. Biodegradarea hidrocarburilor alifatice (metan, etan, propan etc.) i aromatice (benzen, toluen etc). Biodegradarea pesticidelor,

2

bioconcentrarea, bioacumularea DDT-ului n lanul trofic. Biodegradarea substanelor n ciclul azotului: degradarea

proteinelor, aminoacizilor, acizilor nucleici, a creatininei, ureei, alcaloizilor, amoniacului) din sol i a altor substane.

Bioremedierea biotopurilor, biocenozelor i ecosistemelor degradate. Bioremedierea i recultivarea haldelor de steril, a zonelor degradate. Tehnologii de bioremediere a siturilor industriale i urbane degradate.

Coninutul cursului : 14 sptmni, 2 ore/sptmn;

CAP. I. oiuni de baz privind protecia, depoluarea biologic i bioremedierea ecosistemelor naturale i antropizate. Principiile depolurii biologice, bioremedierii i restaurrii ecologice. Analiza ecosistemelor, funcionarea,

exploatarea i reabilitarea lor.

Depoluare biologic prin degradri biotice: biotransformri, biodegradri, depoluare biochimic.

Biodegradarea substanelor organice n ciclul carbonului. Biodegradarea glucidelor (descompunerea celulolozei, glucozei, substanelor pectice, amidonului, chitinei, ligninei etc.), proteinelor, lipidelor. Biodegradarea hidrocarburilor alifatice (metan, etan, propan) i aromatice (benzen, toluen etc) . Biodegradarea pesticidelor. Bioconcentrarea,

bioacumularea DDT-ului n lanul trofic.

Biodegradarea substanelor organice n ciclul azotului: biodegradarea aminoacizilor, acizilor nucleici, a creatininei,

ureei, alcaloizilor, din sol i a altor substane cu azot.

CAP II. Bioremedierea biotopurilor, biocenozelor i ecosistemelor degradate. Bioremedierea ecosistemelor acvatice(zone umede, ruri, lacuri). Epurarea biologic a apelor.

Bioremedierea ecosistemelor terestre(paji ti, fnae, culturi agricole, plantaii, pduri).Metode de depoluare biologic a

solurilor.

CAP.III. Bioremedierea i recultivarea haldelor de steril, a zonelor degradate. Tehnologii de bioremediere a solurilor tehnogene din halde de steril de la minele de: crbune, fier, plumb, zinc, sulf, mangan, calcar, argile refractare i bentonitice.

Tehnologii de bioremediere a isturilor petroliere i a reziduurilor de la termocentrale

Tehnologii de bioremediere a a siturilor industriale i urbane degradate. Coninutul lucrrilor practice: 14 sptmni a 2 ore/sptmn

Analiza ecosistemelor. Impactul pesticidelor n agroecosisteme i tehnologia integrat de reducere a polurii i de redresare a echilibrului, biodiversitii. Rolul perdelelor agroforestiere de protecie antierozional n bioremedierea

terenurilor agricole deteriorate, n exploataiile agricole zonale i n condiiile nclzirii i aridizrii climatice. Studiul impactului introducerii Organismelor Modificate Genetic (OMG) n agroecosisteme.

Depoluare biologica/Biodegradarea glucidelor (descompunerea celulolozei, substanelor pectice, amidonului, chitinei,

ligninei), lipidelor, proteinelor, aminoacizilor etc.). Analize microbiologice ale solului: grupe ecofiziologice de bacterii. Bioremedierea solurilor. Enzimele i fertilitatea solului. Procese enzimatice n biodegradare. Testele de

biodegradabilitate. Indicatori bacteriologici i enzimologici de calitate a solului expus tehnologiilor de bioremediere. Rolul microflorei n detoxificarea solului. Descompunerea detergenilor, pesticidelor. Biodegradarea compusilor organici

sintetici si a pesticidelor. Bioconcentrarea, bioacumularea DDT-ului n lanul trofic.

Metode de realizare a solurilor tehnogene prin depoluare biologic, bioremediere i recultivare. Metode de

bioremediere a solurilor tehnogene cu coninut ridicat de metale grele.

Competene dobndite prin absolvirea disciplinei:

Cunoa terea i utilizarea adecvata a noiunilor specifice disciplinei, nelegerea importanei, valoarea practic, interdisciplinaritatea domeniului.

Dobndirea capacitii de explicare i interpretare a coninutului disciplinei. Dobndirea de capacitii aplicative (conducerea si evaluarea activitilor practice). Atitudini pozitive, responsabile n protecia i dezvoltrea durabil a mediului.

Formarea unor capaciti de management n activitatea practic, de a iniia i conduce un proiect, de a utiliza metode i tehnici moderne de bioremediere i pentru activiti specifice managementului integrat de mediu cum sunt: - Elaborarea declaraiei pentru autorizarea activitatilor cu impact semnificativ asupra mediului, -

Elaborarea de planuri de evaluare preliminar a managementului integrat de mediu, a costurilor de mediu i a necesitilor financiare pentru bioremediere.

BIBLIOGRAFIA OBLIGATORIE

Berca M., 2006. Planificarea de mediu si gestiunea resurselor naturale. Ed. Ceres, Bucuresti

Cristea, V., Simone Denaeyer, 2004. De la biodiversitate la OGM-uri? Colectia universitas seria biologie, ed. Eikon, Cluj-Napoca.

Drgan-Bularda,M., Kiss S., 1986. Microbiologia solului. Univ. Babe -Bolyai, Cluj-Napoca. P.101-161.

Ghidra V. 2004. Ecotoxicologia si monitorizarea principalilor poluanti. Ed. Studia. Cluj-Napoca

Iovanca Haiduc, 2006. Chimia verde si poluantii chimici. Ed. Fundatiei pentru studii europene, cluj-napoca

Kiss St. tefanic Gh., Daniela Pa ca, Dragan-Bularda M., Eva Zborovschi, Cri an R., 1991. Enzimologia mediului nconjurtor. Enzimele i fertilitatea solului. Vol. I. Ed. Ceres, bucure ti

Kiss Stefan, Daniela Pa ca, Dragan-Bularda M., 1993. Enzimologia mediului nconjurtor. Enzimologia solurilor tehnogene. Vol. Ii. Ed. Ceres, bucure ti Man C., Maria Ivan, 1999. Strategii n managementul de eurilor i reziduurilor. Ed. Mesagerul, Cluj

Oros V. 2002. Reabilitare ecologica a siturilor degradate industrial. Ed.univ.Transilvania, Brasov

1. Malschi Dana, 2009. Integrated pest management in relation to environmental sustainability. Part I. Ecological management of wheat pests.course notes and practical applications. Manual online. Faculty of

3

environmental sciences, Babe -Bolyai University, Cluj-Napoca. Bioflux publishing house, Cluj-Napoca, p. 200. Isbn 978-606-92028-3-8. Http://www.editura.bioflux.com.ro/carti-2009/

10.2.Malschi Dana, 2009. Biotehnologii si depoluarea sistemelor ecologice. (tehnologii de depoluare biologica, tehnologii de bioremediere. Reconstructia ecologica). Note de curs si aplicatii practice. Manual in format electronic facultatea de stiinta mediului, universitatea babes-bolyai cluj-napoca. Editura bioflux, cluj-napoca. P.

978-606-92028-5-2. Http://www.editura.bioflux.com.ro/carti-2009/

Malschi Dana, 2011, Caiet de practic pentru laboratorul didactic de biotehnologii, format electronic,

http://enviro.ubbcluj.ro/cercetare/laboratoare/laborator de biotehnologii.php/.

Alte surse bibliografice

Barbu Constantin-Horia, Camelia Sand, 2004, Teoria i practica modern a remedierii solurilor poluate cu metale grele, Ed. ,,ALMA MATER, Sibiu.

Gavrilescu Maria, (2010), Environmental Biotechnology: Achievements, Opportunities and Challenges, Dynamic Biochemistry, Process Biotechnology and Molecular Biology (DBPBMB), 4(1)1. In Global Science Books, 2010. On line at: http://www.globalsciencebooks. info/JournalsSup /images/Sample/DBPBMB_4(1)1-36o.pdf

ELEA GAVRILESCU, 2006. Evaluarea ecosistemelor acvatice. Ed. SITECH, Craiova.

DRGA-BULARDA MIHAIL, SAMUEL ALIA DORA, 2008, Biotehnologii microbiene, Editura Universitii din Oradea, Oradea.

DEU I. (eds.), 2000. Reabilitarea ecologic i managementul siturilor degradate de industria minier. Ed. Univ.de ord, Baia-Mare

FODOR DUMITRU, BAICA GAVRIL, 2001, Impactul industriei miniere asupra mediului, Editura Infomin, Deva.

VASILE OROS, 2011, Elemente de ecotoxicologie i teste ecotoxicologice, Editura RIOSOPRIT, Cluj apoca.

Planificarea/calendarul ntlnirilor i a verificrilor/examinrilor intermediare:

Tip

Tematica (durata n ore: C-2 h. LP-2h)

Cuvinte Cheie

***

Bibl.

*

BIOTEHOLOGII I DEPOLUAREA

Concepte

****

SISTEMELOR ECOLOGICE

I. oiuni de baz privind protecia, depoluarea biologic i bioremedierea ecosistemelor naturale i antropizate.

1

C

Principiile depoluarii biologice, bioremedierii i reconstruciei

Depoluare

N

5,

ecologice. Analiza sistemic n ecologie. Analiza ecosistemelor,

Bioremediere,

CLP

10.2.

LP

funcionarea, exploatarea i reabilitarea lor.

reconstrucie

Rolul biotehnologiilor-metodelor biologice nepoluante n protecia

ecologic

1,

mediului i a plantelor (studiul i cre terea entomofagilor auxiliari n

Analiza sistemic

2,

laborator; teste de laborator n microizolatoare prad-prdtor).

Perdele agrofo-

10.1.

Rolul biotehnologiei agroforestiere de protecie n bioremedierea

restiere de

terenurilor agricole deteriorate, n exploataiile agricole zonale, n

protecie

agricultura ecologic, n condiiile nclzirii i aridizrii climatice.

2

C

Depoluare biologica/degradri

biotice: biotransformri,

Biodegradarea

N

8,

biodegradri. Biodegradarea substanelor organice din sol n ciclul

glucidelor

CLP

10.2.

LP

carbonului. Biodegradarea protenelor, lipidelor, glucidelor

3.

(descompunerea celulolozei,substanelor pectice,amidonului, chitinei,

ligninei etc.) Analiza microscopic a

microbiotei celulozolitice

depoluante.

3

C

Biodegradarea hidrocarburilor alifatice (metan, etan, propan etc.) i

Hidrocarburi

N

3,

aromatice (benzen, toluen etc) Depoluare biochimic-benzen,

alifatice.

10.2,

hidrocarburi petroliere, pirenul, bifenilul.

Bioconcentrarea,

CLP

5

LP

Impactul pesticidelor n agroecosisteme i tehnologia integrat de

bioacumularea

reducere a polurii i de redresare a echilibrului, biodiversitii.

Teste de ecotoxicitate a pesticidelor asupra faunei de entomofagi.

Biodegradarea pesticidelor. Bioconcentrarea, bioacumularea DDT-

ului n lanul trofic. Studiul i analiza microbiotei depoluante.

4

C

Biodegradarea substanelor n ciclul azotului. Degradarea acizilor

Organismelor

N

3,

nucleici, a creatininei, ureei, alcaloizilor, amoniacului) din sol i a

Modificate

CLP

10.2,

LP

altor substane. Studiul i analiza microbiotei depoluante. Studiul

Genetic (OMG)

2,

impactului Organismelor Modificate Genetic n agroecosisteme.

5

C

Biodegradarea i mineralizarea fosforului organic, substanelor cu

Analize

CLP

3,

LP

Sulf, Fier, Potasiu, Calciu, cu microelemente : Mangan, Mercur,

microbiologice

10.2,

Arsen, Zinc, Cupru etc. Analize microbiologice ale solului: grupe

2

ecofiziologice de bacterii. Studiul i analiza microbiotei depoluante.

CAP II. Restaurarea biotopurilor, biocenozelor i ecosistemelor degradate

6

C

Restaurarea ecosistemelor acvatice (zone umede,ruri,lacuri, mri).

Bioremedierea

N

1, 4,

LP

Bioremedierea solurilor. Enzimele i fertilitatea solului. Metodologia

solurilor. Enzime,

CLP

6

testrii enzimatice a solului

fertilitatea solului

4

7

C

Epurarea biologic a apelor poluate. Procese enzimatice n

Epurarea

4,

LP

biodegradare. Testele de biodegradabilitate.Analiza microbiotei

biologic a apei

10.2

implicate n epurarea biologic a apei.

8

C

Restaurarea ecosistemelor terestre (paji ti, fnae, culturi

Indicatori

N

1, 7,

LP

agricole, plantaii, pduri). Indicatori bacteriologici i enzimologici

bacteriologici i

CLP

de calitate a solului expus tehnologiilor de bioremediere.

enzimologici

9

C

Metode biologice de depoluare a solurilor. Metode biologice de

Detoxificarea

N

1,

LP

imobilizare/ extracie a poluanilor. Rolul microflorei n

solului

CLP

4

detoxificarea solului. Descompunerea detergenilor, pesticidelor,

Biodegradarea

de eurilor. Biodegradarea compusilor organici sintetici.

pesticidelor

10

C

Biomonitoring-metode de evaluare a polurii prin bioindicatori.

Biomonitoring

CLP

4,

LP

Bioindicatori in mediul terestru. Bioindicatori n mediul acvatic.

10.2

CAP.III. Reconstrucia ecologic, recultivarea haldelor de steril, a zonelor degradate.

11

C

Tehnologii de bioremediere a solurilor tehnogene din halde de

Halde de steril,

N

7,

steril de la minele de: crbune, fier, plumb, zinc, sulf, mangan,

solurilor

CLP

LP

calcar, argile refractare i bentonitice.

tehnogene.

Reconstrucia ecologic. Metode de realizare a solurilor tehnogene.

Reconstrucia

9,

Studiul modelelor de reconstrucie. Asociaii de arbori, arbu ti,

ecologic

10.2

plante ierboase, microorganisme n reconstrucia ecologic

12

C

Tehnologii de bioremediere a isturilor petroliere i a

isturi petroliere

N

7,

LP

reziduurilor de la termocentrale. Metode de depoluare biologic,

CLP

9,

bioremediere. Studiul modelelor de reconstrucie ecologic.

10.2

13

C

Tehnologii de bioremediere a a siturilor industriale i urbane

situri industriale,

N

7,

LP

degradate. Metode de biomonitoring i bioremediere a solurilor

urbane degradate,

CLP

9,

tehnogene cu coninut ridicat de metale grele. Asociaii de arbori,

arbu ti, plante ierboase, microorganisme n reconstrucia ecologic

10.2

14

C

Indicatori biologici de calitate utilizai n diagnosticul polurii.

Indicatori

5,

LP

Evaluarea polurii prin biomonitoring. Legislaia de mediu-metode

biologici

CLP

10.2

de evaluare a polurii prin bioindicatori.

Prezentare PROIECT din temele anterioare, listat si ppt

Colocviu LP

P

(*- curs (C); seminar (S); lucrri practice (LP); excursie pe teren (EXT); vizite n instituii de profil (VIZ);***-obligaiile studenilor pentru ntlnire: note, conspecte (); caiet de lucrri practice (CLP); referat (R); proiect (P).****-cifrele corespund cu numerotarea bibliografiei obligatorii din syllabus. )

Modul de evaluare: Evaluarea studenilor se va realiza conform detalierii de mai jos:

Activiti aplicative recomandate i participarea activ pe parcursul ntlnirilor; Colocviu prezentarea si aprecierearea referatului si proiectului - 40% din nota final,

Examen scris 60% din nota final.

Detalii organizatorice, gestionarea situaiilor excepionale: Se vor avea n vedere urmtoarele detalii de natur organizatoric:

Prezena la ore este deosebit de important. Este obligatorie pentru lucrrile practice.

Lucrrile elaborate de ctre studeni pe parcursul activitilor vor avea n mod obligatoriu caracter de originalitate. Orice tentativ de plagiat sau fraud depistat va fi sancionat;

Rezultatele finale se vor comunica n maxim 48 de ore de la finalizarea examinarii; Contestaiile se vor soluiona n maxim 24 de ore de la afi area rezultatelor.

BIBLIOGRAFIE OPIOAL

ALVAREZ J.J.Pedro, IELMA A.Walter, 2007. Bioremediation and natural attennuation. Process fundamentals and mathematical models. Ed. Wiley-interscience.

APOSTU S.2006. Organisme modificate genetic (OGM) Folosite n alimentaia i sntatea omului i animalelor. Ed.RISOPRIT, Cluj-apoca

BADEA Elena Marcela, SADULESCU Daniela, 2001 Biotehnologii vegetale. Ed. Fundatia BIOTECH, Bucuresti.

BADEA Elena Marcela, PU IO OTIMA, 2006. Plante modificate genetic n cultur. Impactul agronomic, ecologic i economic. Ed. MIRTO, Timi oara,

BERCA, M., 2005. Teorie i practic n biotehnologii genetice. Ed. Ceres, Bucure ti.

CACHIA-COSMA DORIA, DELIU C., LEUA RAKOSY-TICA, ARDELEA A. ,2004. Tratat de biotehnologie vegetal. Vol. I. Ed. Dacia, Cluj-apoca.

CRISTEA V., HODISA I., POP I., EMILIA BECHIS, GROZA G., GALA P., 1990. Reconstrucia ecologic a haldelor de steril minier. I. Dezvoltarea vegetaiei spontane.n Contribuii botanice, Univ. din Cluj-apoca, Grdina botanic: 33-38.

CRISTEA V., GAFTA D., PEDROTTI F., 2004. Fitosociologie. Ed. Presa Universitar Clujan

DRGA-BULARDA, M.,2000.Lucrri practice de Microbiologie general, Univ.Babe -Bolyai.

5

GHIDRA V., SESTRA R., BOTU M., BOTU I., 2004. Biodiversitate i bioconservare. Ed. Academic Pres, Cluj-apoca. Cap.III: Elementele structurale i factorii de influen ai biodiversitii. p.56-100.

MALSCHI DAA, 2007. Mediu-agricultur-dezvoltare durabil i managementul integrat al duntorilor agroecosistemelor cerealiere. Ed.Argonaut, 2007. Cluj-apoca: 186 pp. ISB 978-973-109-086-3.

MORAR R., CUGLE A I., MUTEA I.O., ALM A I., 2004. Tehnologii de depoluare a mediului. Ed. Dacia

MUTEAU S.L., TIRBA S. MIRCEA, LUCA E., FIIU A., MUTEA L., MUTEA S., ALBERT IMRE, 2005. Bazele agriculturii ecologice. Ed. Risoprint, Cluj

CARME ICOLESCU, 2002. Microbiologia apei i a produselor acvatice. Ed. Cetatea de Scaun, Trgovi te.

OROS V., CAMELIA DRGHICI, 2002. Managementul de eurilor. Ed. Univ. Transilvania. Bra ov. Seria EnvEdu. Cap. Bioremedierea solurilor i apelor, autor ADREW BALL. p. 129-137.

OZUU AL.,CARME TEODOSIU2002.Prevenirea polurii mediului.EdUniv.Transilvania Brasov

PAMFIL DORU, 1999. Microbiologie. Ed. Genesis, Cluj-apoca.

PAMFIL DORU, 2011. Bioremedierea acviferelor. USAMV.Cluj-apoca.

R OVEAU P., 2003. Soluii privind refacerea ecologic a terenurilor afectate de exploatri miniere. Lucrrile celei de a XVII-a Conf. aionale pentru tiina Solului, 25-30 aug.2003, Timi oara, Lucrri tiinifice USAMV a Banatului, Univ. De Vest Timi oara.

STOICULESCU C et al., Conservarea i reconstrucia ecologic a ecosistemelor forestiere de lunc sub impactul antropic. Rev. Pd. Bucure ti, 102, 2:61-66.

ACA VOICULESCU I COLAB., 2003, Efectul diferitelor msuri de bioremediere asupra structurii i dimensiunii comunitilor de bacterii i ciuperci din sol. Lucrrile celei de a XVII-a Conf. aionale pentru tiina Solului, 25-30 aug.2003, Lucrri tiinifice USAMV a Banatului, Univ. De Vest Timi oara.

CAPITOLUL 1.

OIUI DE BAZ PRIVID BIOTEHOLOGIILE APLICATE LA MEDIU, DEPOLUAREA BIOLOGIC I BIOREMEDIEREA ECOSISTEMELOR

Cuprins:

Introducere. Biotehnologii aplicate la mediu. Sisteme de management integrat de mediu i reabilitarea ecosistemelor naturale i antropizate.

Analiza sistemic n ecologie. Teoria general a sistemelor ca mijloc eficient n cercetarea sistemelor biologice.

Introducere

In cadrul tiinelor interdisciplinare, disciplina Biotehnologii si depoluarea sistemelor ecologice are ca obiectiv general acumularea unor cuno tine de baz asupra metodelor de remediere a calitii

mediului n urma impactului factorilor poluani sau distructivi, utile speciali tilor n domeniul ingineriei mediului pentru inelegerea importanei elaborarii strategiilor managementului integrat de

mediu, n contextul asigurrii dezvoltrii durabile a vieii pe Pmnt. Prin nsu irea conceptelor, metodelor i tehnologiilor de bioremediere a ecosistemelor naturale sau antropizate, se realizeaz suportul cognitiv pentru proiectarea managementului integrat de mediu, incluznd evaluarea costurilor de mediu, a investiiilor pentru depoluare sau reconstrucie ecologic a sistemelor biotehnice i ecologice.

Obiectivele cursului se refer la nsu irea cuno tinelor teoretice i practice de baz privind bioremedierea mediului (depoluarea biologic, reconstrucia biodiversitii sau refacerea echilibrului biocenotic afectate de factori distructivi, n ecosistemele naturale i antropizate); nsu irea metodelor i tehnicilor de refacere i reconstrucie prin bioremediere environmental; dobndirea competenelor necesare pentru analiza i evaluarea principalelor cazuri de dezechilibru

i disfuncionaliti naturale i antropice, analiza noilor relaii aprute ntre componentele mediului i stabilirea tehnologiilor specifice de depoluare i bioremediere.

Biotehnologii aplicate la mediu. Sisteme de management integrat de mediu i reabilitarea ecosistemelor naturale i antropizate.

Cursul Biotehnologii si depoluarea sistemelor ecologice este elaborat in domeniul tiinelor

biologice interdisciplinare de Ecologia aplicat avnd ca baz cunoa terea elementelor i funciilor sistemelor biologice i ecologice, n scopul evalurii, conservrii i utilizrii capitalului natural.

Acesta este constituit din diversitatea sistemelor biologice i ecologice, funcionnd n regim natural, seminatural sau antropizat, i cuprinznd: diversitatea speciilor existente ntr-un habitat (diversitatea taxonomic); diversitatea biocenozelor i a ecosistemelor dintr-o anumit regiune, precum i diversitatea genetic (varietatea genetic a speciilor i populaiilor).

6

Protejarea i conservarea calitii i biodiversitii sistemelor ecologice este garania pstrrii stabilitii ecosistemelor, tot mai mult ameninate prin distrugerea habitatelor i a speciilor. Activitile privind protejarea i conservarea mediului, a stabilitii sistemelor ecologice, sunt absolut necesare pentru susinerea procesului de dezvoltare durabil, cu care se confrunt societatea contemporan, presupunnd insusirea de cuno tine complexe de ecologie i management ecologic. Pentru formarea competenelor n activitile de protecia mediului, se impune parcurgerea unor etape de instruire: nsu irea informaiilor despre lumea vie; investigarea sistemelor biologice; demonstrarea, modelarea principiilor i conceptelor biologice; transferarea, integrarea metodelor de management ecologic.

Termenul management defineste exercitarea functiei de planificare, organizare, conducere directa, control, supervizare a oricrui proiect sau activiti industriale sau de afaceri cu asumarea responsabilitii pentru rezultate. Managementul de mediu este un termen generic care descrie procesul complex de abordare a problemelor de mediu (de la identificarea acestora, evaluarea impactului/riscului, formularea programelor care s susin dezvoltarea durabil, implementarea, evaluarea i corectarea lor), necesitnd colaborarea interdisciplinar ( tiine naturale, inginere ti, sociale, economice, legislaie, planificare) i de cele mai multe ori coordonarea, din punct de vedere al strategiilor, la nivel regional, naional sau internaional (OZUNU, TEODOSIU, 2002). Mai ales n ultimele doua decenii, o importan deosebit au cptat stabilirea limitelor ecologice ntre care se poate desf ura activitatea economic precum i elaborarea de reglementri naionale i internaionale n acest sens. Problemele globale ale omenirii sunt in strns legatur cu problemele mediului

nconjurtor. n dezvoltarea societii apar dezechilibre care duc la poluarea semnificativ a mediului. Ecologia i dezechilibrele ecologice. Terra este cuprinde cinci nveli uri: Litosfera nveli ul

solid, Pedosfera reprezentat de sol, Atmosfera nveli ul de aer, Hidrosfera - nveli ul de ap, Biosfera - nveli ul viu, nveli uri aflate ntr-un echilibru relativ, ntr-o interrelaie permanent i

dinamic, toate intersectndu-se la nivelul scoarei terestre. Relaiile organismelor vii cu mediul lor de via sunt studiate de ecologie.

Mediul n care trie te fiecare organism are o component lipsit de via biotopul - care cuprinde substratul i factorii abiotici, i una cu via - biocenoza -, alctuit din totalitatea

vieuitoarelor care triesc n acela i biotop. Biotopul i biocenoza formeaz o unitate structural i funcional numit ecosistem. Ecosistemele formeaz complexe de ecosisteme care, n totalitatea lor de pe Terra, alctuiesc ecosfera. ntre cele dou componente ale ecosistemului exist un schimb

permanent de materie, energie i informaie.

Echilibrul ecosistemului este asigurat prin funcia de autoreglare, care se realizeaz n interiorul bioceozei, n interiorul biotopului i ntre biocenoz i biotop. Pe baza acestor interrelaii se realizeaz un echilibru relativ stabil al ecosistmului. Interrelaiile dintre componentele ecosistemului determina ca o modificare a unui element s influeneze mediul n ansamblul su, putnd avea drept consecin apariia unor dezechilibre ecologice.

Avnd n vedere efectele catastrofale ale deteriorrii mediului asupra vieii pe Terra, protecia

mediului st la baza supravieuirii i dezvoltrii societii umane, prin msurile care se ntreprind deja, privind: Conservarea - resurselor naturale, - a speciilor pe cale de dispariie, a solului, a pdurilor, - utilizarea combaterii biologice a duntorilor, precum i Controlul polurii aerului, apei, solului

(Arini , Cristescu, 2006).

Durabilitatea va tinde s devin, n noul mileniu, caracteristica cea mai important a dezvoltrii economice i sociale. Posibilitatea de a asigura dezvoltarea economic, utilizarea raional a materiilor prime, energiei i resurselor naturale i diminuarea impactului activitilor umane asupra mediului, reprezint esena durabilitii acestor activiti.

Problemele de mediu datorate impactului deosebit al activitilor umane au tendina de a se globaliza, efectul cumulativ al unor manifestri locale de poluare conducnd la generalizarea acestora

(OZUNU,TEODOSIU, 2002).

Definirea conceptului de biodiversitate. Diversitatea biologic: taxonomic, genetic, diversitatea biocenozelor i ecosistemelor.

Cu ocazia Conferinei Naiunilor Unite pentru Mediu i Dezvoltare (UNCED) desf urat la Rio de Janeiro, n 1992, s-a semnat Convenia asupra Diversitii Biologice (CBD), care define te

biodiversitatea ca fiind variabilitatea organismelor vii, de orice origine, inclusiv, ntre altele,

7

ecosistemele terestre, marine i alte ecosisteme acvatice i complexe ecologice din care fac parte, diversitatea n snul speciilor i ntre specii, la fel ca i cea a ecosistemelor (art.2.al CBD citat de

Cristea 2002). Conceptul de biodiversitate este extrem de complex, incluznd n totalitate variabilitatea speciilor i variabilitatea dintre specii, la toate organismele vii plante i animale, n habitatele lor, precum i diversitatea ecosistemelor i a complexelor ecologice de pe Terra. Biodiversitatea este considerat o problem global, fiind integrat n problematica proteciei mediului, abordat ca o component de baz n evoluia i dezvoltarea viitoare a societii umane. Biodiversitatea constituie o bogie a patrimoniului naional i internaional, care are rol fundamental n asigurarea stabilitii i evoluiei ecosistemelor i, evident, a umanitii. (Dup Ghidra V., Sestra R., Botu M., Botu I., 2004).

Analiza sistemic n ecologie. Bazele teoretice ale cercetrii ecosistemelor

Van Bertalanffy, 1960, a formulat teoria general a sistemelor, dup care sistemul este un ansamblu de elemente i fenomene aflate n interaciune. Toate sistemele biologice sunt sisteme integrate, organizate n sistem deschis specific prin unele nsu iri caracteristice, prin care pot transforma factorii de mediu n factori proprii, specifici: 1.Caracterul informaional- sistemele recepioneaz, acumuleaz, prelucreaz i transmit reciproc informaiile. 2.Integralitatea- nsuirile sistemului nu se reduc la suma caracteristicilor prilor componente, ci determin caliti noi pe baza interaciunilor, funcionnd ca un tot unitar. 3.Echilibrul dinamic-sau starea staionar se realizeaz prin schimbul permanent de materie, energie i informaie dintre sistem i mediu. 4.Autoreglarea-nsu irea sistemelor de a contracara tendinele interne i externe (de mediu) de dezechilibru i dezorganizare. 5.Programul-sistemele posed program coordonator propriu pentru autoconservare,

unul inferior pentru subsisteme, unul superior pentru reproducere i supravieuire.

Metodologia de cercetare ecologic. n efectuarea unei cercetri ecologice se pot aplica metode de investigaie respectnd a serie de criterii (Botnariuc, Vdineanu,1982), care vor permite i

realizarea modelului ecologic al studiului:

A. Respectarea unui program de cercetare intensiv pe o durat de minimum 2 ani, care s includ: 1. prelevarea unui numr de probe ce ar putea s asigure estimarea mrimii populaiilor

componente cu o eroare de maxim 20%,

o frecven de prelevare a probelor n succesiunea graficului de timp, care s reflecte particularitile ciclurilor de dezvoltare ale speciilor din componena biocenozei i, anumite modaliti de prelevare a probelor (randomizat, stratificat randomizat, sistematic etc.) care s reflecte heterogenitatea biotopului.

B. nregistrarea n timp i spaiu a principalilor factori abiotici (temperatur umiditate, pH, concentraia metalelor grele, a pesticidelor etc.).

C.Determinarea spectrului trofic al fiecrei populaii selectate din componena biocenozei i

stabiirea grupelor funcionale i a relaiilor dintre ele.

D.Calcularea pe baza datelor empirice rezultate din analiza probelor, a densitii i a abundenei numerice i n biomas.

Lund n considerare abundenele numerice > 10% i abundenele n biomas >5%, se stabile te pentru fiecare categorie funcional sau nivel trofic, care sunt populaiile componente dominante. Neglijnd populaiile a cror abunden numeric < 10% i abunden n biomas