ECOSISTEMAS. Sistema integral compuesto de una comunidad biótica, su ambiente abiótico y sus interacciones dinámicas. Unidad de organización ecológica

Transcripción

1 ECOSISTEMAS Sistema integral compuesto de una comunidad biótica, su ambiente abiótico y sus interacciones dinámicas Unidad de organización ecológica

2 Autótrofos Producen materia orgánica a partir de nutrientes y una fuente de energía Heterótrofos Se alimentan de materia orgánica para obtener energía Productores Plantas fotosintéticas Utilizan clorofila para absorber energía de la luz Bacterias fotosintéticas Utilizan pigmentos para absorber energía de la luz Bacterias quimiosintetizadoras Utilizan químicos inorgánicos ricos en energía (p.ej., H 2 S) Consumidores Herbívoros (Consumidores primarios) Animales que se alimentan de plantas Omnívoros Carnívoros Animales (Consumidores que se secundarios) alimentan de Animales plantas que y se animales alimentan de consumidores primarios Carnívoros secundarios (Consumidores terciarios) Animales que se alimentan de otros carnívoros Parásitos Plantas o animales que se asocian a otras plantas o animales y se alimentan de ellos por un largo período Detritívoros y descomponedores Descomponedores Hongos y bacterias que descomponen la materia Detritívoros primarios Organismos que se alimentan directamente de detritos Detritívoros secundarios Organismos que se alimentan de detritívoros primarios

3 Fotosíntesis Límite del ecosistema Respiración Respiración de plantas Sistema de producción primaria Herbívoro Carnívoro Inmigración/ emigración Respiración Detritívoros y descomponedores Superficie del suelo Input Nutrientes disponibles Output

4 Reflejada por la atmósfera Reflejada por las nubes Reflejada por la superficie de la tierra Energía solar entrante (100 %) Radiada al espacio desde las nubes y la atmósfera Absorbida por la atmósfera Absorbida por las nubes 3% Conducción y movimiento de aire 7% Absorbida por la tierra y los océanos Radiada al espacio desde la tierra Radiación absorbida por la atmósfera Transportada a las nubes y atmósfera en forma de calor latente en el vapor de agua Menos del 0,1% de la incidencia solar es capturada en el proceso de fotosíntesis

5 Productividad primaria Eficiencia de producción primaria bruta = Energía fijada por PPB Energía incidente Productividad primaria neta (PPN) = Productividad primaria bruta (PPB) Respiración por autótrofos (R) kcal/m 2 /año g/m 2 /año Productividad es definida como la tasa a la cual la energía radiante es fijada (PPB) o la materia orgánica es producida (PPN) Biomasa es la cantidad de materia presente en un determinado tiempo

6 Eficiencia de producción de distintas comunidades Comunidades de fitoplancton Plantas acuáticas enraizadas y algas de poca profundidad Bosques Praderas y comunidades herbáceas Cultivos Eficiencia de la PPB < 0,5% > 0,5% 2-3,5% 1-2% < 1,5% % Respirada 10-40% 50-75% 40-50% 40-50%

7 Variación de la eficiencia en relación a las historias de vida Porcentaje de eficiencia de la PPB

8 Productividad primaria neta (Mg C/ha/año)

9 FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA EN MEDIOS TERRESTRES INTENSIDAD DE LUZ Productividad primaria neta La fotosíntesis balancea la pérdida por respiración Más allá del punto de saturación, la luminosidad no afecta a la PPN Punto de saturación Punto de compensación Intensidad de luz

10 PRECIPITACIÓN Producción (g/m 2 /año) Precipitación (mm) Precipitación (mm/año)

11 TEMPERATURA EVAPOTRANSPIRACIÓN NPP (MgC/ha/año) Log 10 PPN (g/m 2 ) Temperatura media anual (ºC) Log 10 Evapotranspiración actual (mm/año)

12 (Cargill &Jefferies 1984) NUTRIENTES P es el segundo limitante 300 NPP (g/m 2 /año) N es el primer limitante Carex subspathacea 0 Control c/p c/n c/p y N Tratamiento Ley del mínimo de Leibig: la biomasa o abundancia de una especie está limitada por el recurso o factor más escaso Justus von Liebig ( )

13 CO 2 Día del año Biomasa aérea acumulada (mg) Día del año Larrea tridentata (Smith et al. 2000) Biomasa aérea acumulada (mg)

14 Productividad primaria en ambientes acuáticos

15 FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA EN AMBIENTES ACUÁTICOS Respiración LUZ Intensidad de luz (medida como porcentaje de los valores de superficie) PPN Profundidad (m) Producción bruta

16 MATERIA ORGÁNICA Contribución relativa al carbono orgánico total Materia orgánica alóctona Materia orgánica autóctona Fitoplancton Algas arraigadas Macrófitas Pequeños arroyos Grandes ríos

17 (Mentzel & Ryther 1961) NUTRIENTES (Downing et al. 1999)

18 Efecto de consumidores primarios y nutrientes (Gruner et al. 2008) (Ritchie et al. 1998)

19 (Maron et al. 2006)

20 Flujo de materia y energía Producción de las plantas Respiración Eficiencia de consumo = Eficiencia de asimilación = Eficiencia de producción = Eficiencia trófica = Prod Prod n n-1 In Prod A I n n n-1 Prod A n n No consumido Heces Producción de herbívoros detritos Nivel trófico Nivel trófico - 1 Producción al nivel trófico n Ingestión al nivel trófico n Asimilación al nivel trófico n

21 Energía obtenida del alimento 1000 J Crecimiento 180 J Heces 500 J Respiración celular 320 J Energía obtenida del alimento 1000 J Crecimiento 16 J Heces 177 J Respiración celular 807 J

22 C. Elton (1927) observó que los depredadores tienden a ser más grandes y menos numerosos que sus presas Hipótesis de Elton: los depredadores deben se más grandes que las presas para someterlas Pirámide ecológica pirámide de números o pirámide Eltoniana 0,1% Cons. Terc. Charles Elton ( ) 1% 10% Cons. Secund. Consumidores primarios La pirámide puede representar números, biomasa, energía consumida por año, etc. 100% Productores

23 PIRÁMIDE DE NÚMERO Plantas Aves Insectos predadores Insectos Consumidores terciarios Consumidores secundarios Consumidores primarios Productores Aves Insectos predadores Insectos Árboles Pastizal (USA): abundancia/0.1 ha Bosque templado (GBR): abundancia/0.1 ha PIRÁMIDE DE BIOMASA Descomponedores Consumidores terciarios Consumidores secundarios Consumidores primarios Productores Zooplancton Fitoplancton Pantanos de Florida (USA): kcal/m 2 Canal de la Mancha (GBR): g/m 2

24 Raymond Lindeman (1942) propuso la hipótesis de la eficiencia energética o ecológica La proporción de energía que pasa de un nivel trófico al siguiente es baja (~ 5-30%) Consumidores terciarios Descomponedores Consumidores secundarios Consumidores primarios Pantanos de Florida (USA): kcal/m 2 /año Productores

25 Biomasa de productores Biomasa de consumidores primarios Biomasa de consumidores secundarios Calor Biomasa del primer nivel trófico Consumido No consumido Digerido No digerido Energía para la actividad Crecimiento Heces Consumido Biomasa del segundo nivel trófico No consumido Para primer nivel trófico: detritívoros Energía Heces Calor Biomasa del tercer nivel trófico

26 Yodzis (1984) analizó 34 tramas tróficas para analizar la influencia de la eficiencia de la energía en el largo de las cadenas tróficas. Si la hipótesis fuera válida se esperaría que: > > Invertebrados vs. vertebrados vs. vertebrados ectotermos ectotermos endotermos

27 Jenkins et al. (1992) pusieron a prueba directamente la hipótesis de eficiencia de conversión de energía Si la eficiencia de transferencia de energía determina el largo de la cadena trófica, entonces un gradiente de productividad debe causar una variación del largo de las cadenas. Qué determina el largo de las tramas troficas? La energía disponible? Utilizó baldes de plástico para simular agujeros de árboles llenos de agua con diferente cantidad de detritos para generar un gradiente de productividad Detritos al 100% del nivel natural (938 g/m 2 /año), 10% del nivel natural, 1% del nivel natural. Estudio seguido por 48 semanas

28 Agujeros naturales tienen una cadena trófica con 3 niveles: Detritos - larvas de mosquitos - larvas de mosquita depredadora - renacuajos

29 Cómo afecta el flujo de energía a la estructura y funcionamiento de un ecosistema? Limita el largo de las cadenas tróficas Raramente existen cadenas de más de 4-5 niveles tróficos; No existe suficiente energía para niveles más altos y probablemente los limita; Incrementa la vulnerabilidad de los carnívoros en el extremo de la cadena.

30 Qué otras propiedades del ecosistema pueden ser afectadas por la variación en la estructura de las tramas tróficas? ESTABILIDAD DE LOS ECOSISTEMAS Charles Elton: tramas tróficas más simples tendían a ser menos estables que las más complejas (comunidades de islas y comunidades agrícolas) Robert MacArthur: los predadores que se alimentan sobre múltiples presas tienen mayor probabilidad de sobrevivir a una reducción de una de ellas que predadores más especializados. MAYOR COMPLEJIDAD MAYOR ESTABILIDAD

31 Un disturbio remueve uno de los depredadores top (A) Grandes cambios en la composición de la comunidad Pequeños cambios en la composición de la comunidad Hipótesis de Reaseguro

32 DESCOMPOSICIÓN

33

34 DESCOMPOSICIÓN PROCESOS 1. Lixiviación 2. Fragmentación 3. Alteración química

35 Tasa de descomposición L t = L 0 e k t Tiempo de residencia T R = 1 k