Tema 5. Ecología Trófica. Rafael Villar Montero. Area de Ecología, Dpto Botánica, Ecología y Fisiol. Vegetal, UCO

Transcripción

1 Tema 5. Ecología Trófica 1

2 Mensaje La entrada de energía en nuestro planeta es por la captación de la radiación solar por las plantas. Sin ellas, la vida sería prácticamente nula La producción primaria terrestre depende de la temperatura y precipitación y la acuática de los nutrientes La transferencia de energía de unos organismos a otros implica una gran pérdida de energía (~90%) 2

3 Índice Flujo de energía y ciclo de la materia Producción primaria Métodos de medida Variación de la producción primaria terrestre y acuática Factores que influyen sobre la producción primaria Producción secundaria Cadenas, redes y pirámides tróficas Descomponedores 3

4 Ecología trófica trofo (trophos), del griego, puede ser traducido como alimento o nutrición. Cadena o red trófica = cadena o red alimentaria 4

5 Flujo de energía y ciclo de la materia El flujo de energía es unidireccional, fluye en una sola dirección La circulación de la materia es un ciclo cerrado 5

6 Flujo de energía y ciclo de la materia Flechas negras..energía Flechas blancas. materia 6

7 La entrada de energía en la Tierra depende de los organismos fotosintéticos 7

8 Las plantas convierten la energía luminosa en energía disponible para otros organismos También producen Oxígeno Gracias a las plantas hay vida en la Tierra 8

9 Qué pasaría si las plantas no existiesen? 9

10 Pero, no hay otras formas de entrada de energía en los ecosistemas? SI, aunque de forma minoritaria Existen otros ecosistemas que no siguen este patrón general: dorsales oceánicas, algunas cuevas, etc Nos hace pensar en otras posibilidades de vida en otros planetas 10

11 Ecosistemas de las dorsales oceánicas Bacterias quimiosintéticas obtienen energía de las emisiones volcánicas (con sustancias con alto poder reductor). Estos serían los productores primarios, de los que se alimentan otros organismos 11

12 Ecosistemas de las dorsales oceánicas Basado en la energía química (sulfuro de hidrógeno, SH 2 ) 12

13 Las plantas son muy importantes Fijan la energía del sol 99,9 % de la biomasa viviente son plantas Base de los demás niveles tróficos (herbívoros, carnívoros, etc) Producen oxígeno 13

14 Cuánto producen las plantas? Cuanta energía son capaces de fijar? Es importante conocer como se mide Métodos muy sofisticados y otros más simples Producción primaria (la realizada por las plantas) 14

15 Métodos de medida de producción primaria Análisis de gases (CO 2 óo 2 ) Recolección de biomasa 15

16 Métodos: Analisis de CO 2 a nivel de hoja CO 2 de entrada CO 2 de salida cámara IRGA: Infrared Gas Analyzer 16

17 Métodos: análisis de gases a nivel de ecosistema Se instalan torres sobre los distintos ecosistemas y se analiza el flujo de gases (H 2 O, CO 2, etc) 17

18 Métodos: Recolección de biomasa Incremento de biomasa en diferentes tiempos y referido a superficie (Biomasa t 2 Biomasa t 1 ) / [(t 2 -t 1 ) x superficie] t 1 y t 2 : tiempo 1 y 2 18

19 Raíces: una parte no contemplada En la mayoría de los estudios de producción no se contempla la biomasa de raíces, que puede ser desde un 18 % al 40 % de la biomasa total Por tanto, los datos están subestimados 19

20 Cuánto produce la Tierra? 20

21 Producción primaria neta en la Tierra 21

22 Variación latitudinal prod. primaria terrestre nasa.gov/globalmaps/ view.php?d1=mod17 A2_M_PSN Mayor producción entre los trópicos Sugiere un papel importante la radiación y la temperatura 22

23 Variación latitudinal prod. primaria terrestre Prados Cultivos Lagos La producción de bosques, prados, cultivos y lagos siguen un esquema latitudinal 23

24 Factores que pueden limitar la prod. primaria terrestre Recursos y condiciones: CO 2 Radiación Agua (precipitación) Temperatura Nutrientes Características especies: Indice superf. Foliar (ISF) Proporción hojas Duración superficie foliar 24

25 Factores: Concentración de CO 2 Fotosíntesis limitada por CO 2, pero escasa variación a nivel de la Tierra No importante para explicar patrones latitudinales Valores en torno a 380 ppm en la actualidad. 700 ppm (en 2050?) El incremento de CO 2 a 700 ppm puede influir en la producción primaria, sobre todo en los bosques tropicales La producción agrícola puede aumentar 25

26 Factores: Concentración de CO 2 No es importante para explicar patrones latitudinales Valores en torno a 380 ppm en la actualidad. 700 ppm (en 2050?) El incremento de CO 2 a 700 ppm puede influir en la producción primaria, sobre todo en los bosques tropicales La producción agrícola puede aumentar 26

27 Factores: Radiación La tasa de fotosíntesis depende de la intensidad luminosa, por lo que sería de esperar que influyera en la producción primaria 27

28 Radiación. Importancia a nivel de ecosistema Valores negativos = mayor producción (mayor descenso de CO 2 ) + Fotosintesis Luz Si parece importante la radiación en determinar patrones latitudinales 28

29 Radiación: Resumen Puede explicar los patrones latitudinales, pero, Producción primaria también está limitada por otros factores 29

30 Precipitación y temperatura 30

31 Evapotranspiración Flujo de agua hacia la atmósfera desde el suelo y la vegetación Combinación de temperatura y precipitación. Es máxima cuando las temperaturas y la precipitación son elevadas (bosques tropicales) 31

32 Evapotranspiración predice mejor la producción vegetal Relación lineal con la producción primaria 32

33 Nutrientes Tienen un efecto positivo en la producción primaria No explican los gradientes latitudinales, pero si más locales o regionales 33

34 En resumen La producción primaria terrestre depende: Principalmente de la evapotranspiración (temperaturas y precipitación optimas) A nivel local de los nutrientes 34

35 Producción primaria ecosistemas acuáticos 35

36 Variación latitudinal prod. primaria No se encuentra relación producción latitud en océanos Asociado a las costas Papel limitante de nutrientes 36

37 Factores que limitan la producción primaria acuática Los más importantes son: Luz Nutrientes 37

38 Ecosistemas acuáticos: efecto de la luz Fuerte relación Prod Intensidad luz Zona eufótica 38

39 Ecosistemas acuáticos: Importancia del P 39

40 Luz y nutrientes en los ecosistemas marinos El principal problema en el océano es la gran distancia entre la zona fótica (superficial) y los nutrientes (sedimentados en aguas profundas). Donde hay luz para la producción primaria hay pocos nutrientes inorgánicos, y viceversa. Máximos de producción cerca de costa, pero no en la costa. Niveles altos de luz y nutrientes 40

41 En resumen La producción primaria en los océanos depende: Principalmente de la disponibilidad de nutrientes 41

42 Qué cantidad de energía pasa de las plantas a los herbívoros? 42

43 Relación producción secundaria- producción primaria Lagos Zooplacton Existe en general una relación positiva Fitoplacton 43

44 elación producción secundaria- producción primaria Existe en general una relación positiva 44

45 Relación producción secundaria- producción primaria Lagos Pero hay una perdida importante de energia Se pierde un 90% 45

46 A que se debe esta pérdida tan grande de energía No todo es consumido Parte se pierde por heces Parte se pierde por respiración 46

47 Ejemplo de cálculos de eficiencias Eficiencia de transferencia (ET) = 1.4 % Valores de ET en torno al 10 % 47

48 Cadenas tróficas Diagramas descriptivos en los que se indican que comen y quien se comen a las distintas especies Hoja roble oruga escarabajo musaraña zorro 48

49 Dos cadenas tróficas principales Cadena trófica de los herbívoros Cadena trófica de los descomponedores 49

50 Redes tróficas Pero, las relaciones tróficas no son lineales Las cadenas tróficas se conectan para formar redes tróficas Las redes tróficas son diagramas no lineales en los que se representan que comen y por quienes son comidos las distintas especies 50

51 Pirámides Son diagramas, formados por distintos niveles: prod. primarios, herbívoros, carnívoros primarios, carnívoros secundarios, etc, y la dimensión de cada nivel es proporcional a cada uno de ellos Pueden ser de números, biomasa y energía Carnivoros 2º Carnivoros 1º Herbívoros Productores 51

52 Piramides de números Pueden existir pirámides invertidas de números y biomasa 52

53 Pirámides de biomasa 53

54 Pirámides de energía No pueden existir pirámides de energía invertidas Primera ley de la termodinámica: la energía ni se crea ni se destruye 54

55 Posición del hombre en la pirámide trófica Conforme más alto sea su nivel trófico, más energía se ha perdido en las transferencias Por eso, si el hombre actúa más como herbívoro, habrá más energía disponible 55

56 Flujo de energía y ciclo de la materia 56

57 Descomposición Los descomponedores disgregan la materia muerta transformándola en sustancias inorgánicas Gracias a la descomposición se liberan nutrientes al sistema, que pueden volver a utilizarse 57

58 Descomposición 58

59 Modelo general de circulación de nutrientes en un ecosistema terrestre Aprox un 50% del N es retraslocado 59

60 Estudio de la descomposición 60

61 Descomposición y su relación con el clima Las bajas temperaturas y la baja disponibilidad de agua, limitan las poblaciones microbianas y por tanto las tasas de descomposición 61

62 Esquemas de flujo energético en distintos ecosistemas En todos ellos, los descomponedores son responsables de la mayor parte de la producción secundaria 62

63 Resumen Existen fuertes variaciones latitudinales de PPN en ecosistemas terrestres, pero no en océanos Las variaciones latitudinales se deben a la influencia de la radiación, temperatura y precipitación Los bosques tropicales son los responsables de casi el 50% de la producción mundial En los océanos, los nutrientes limitan más la producción La prod. Secundaria está limitada por la prod. Primaria La prod primaria y la descomposición están relacionadas con la evapotranspiración. Los descomponedores tienen un papel clave en el funcionamiento de los ecosistemas. 63

64 Mensaje La entrada de energía en nuestro planeta es por la captación de la radiación solar por las plantas. Sin ellas, la vida sería prácticamente nula La transferencia de energía de unos organismos a otros implica una gran pérdida de energía (~90%). En este sentido, tendríamos que plantearnos el papel del hombre, y cambiar d e superdepredador a otro tipo de consumidor 64

65 Bibliografía Begon, cap 17 Smith, cap 23 y 24 Krebs, Cap 26 65

66 Material complementario Se adjuntan información de algunos aspectos importantes 66

67 Biomasa, necromasa y producción primaria Biomasa: Masa de organismos vivos por unidad de superficie de terreno (o agua) Unidades: julios m -2 o kg m -2 o toneladas ha -1 Necromasa: Fracción de biomasa que no es activa Ejemplo: Madera, ramas secas Producción primaria: tasa de fijación de energía por organismos autótrofos por unidad de superficie Unidades: julios m -2 dia -1 ókgha -1 año -1 67

68 Producción y productividad Confusión en libros, a veces utilizado como sinónimos Productividad: Producción / biomasa 68

69 Producción primaria neta y bruta Producción primaria bruta (PPB): La fijación total de energía a través de fotosíntesis (incluyendo las perdidas por respiración) Producción primaria neta (PPN): La fijación de energía por fotosíntesis menos las pérdidas por respiración PPB = PPN + R PPN = PPB R 69

70 Relación producción: biomasa Productividad = Producción / biomasa Productividad Neta = PPN / Biomasa Productividad Bruta = PPB / Biomasa Tiempo de renovación = Biomasa / PPN 70

71 Relación producción: biomasa. Algunos ejemplos Ecosistema Produccion Kg m-2 año-1 Biomasa Kg m-2 P/B Tiempo renovacion Pluviselva T Matorr Desert Oceano Zona afloramiento

72 Eficiencias de los consumidores Eficiencia de consumo: EC = In / Pn -1 Eficiencia de asimilación: EA = An/ In Eficiencia de producción: EP = Pn / An 72

73 Producción secundaria y los descomponedores Definición Relación PPN- PS Pérdida de energía de un nivel trófico a otro Eficiencias de consumidores Descomponedores Pirámides y redes tróficas Esquemas de flujo energético en distintos ecosistemas 73

74 Producción secundaria. Definición Tasa de producción de nueva biomasa por organismos heterótrofos, referido a unidad de superficie Unidades: Kjulios m -2 año -1 ókgm -2 año -1 PS es grande cuando es alta la tasa de natalidad y la tasa de crecimiento de los individuos 74

75 Eficiencia de transferencia de un nivel trófico a otro ET = EC x EA x EP ET = Pn / Pn-1 Valores de ET en torno al 10 % 75