EL ECOSISTEMA. Cátedra Ecología General 2017

Transcripción

1 EL ECOSISTEMA Cátedra Ecología General 2017

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3 Por qué las selvas tienen mucha biomasa en pie pero poca en el mantillo mientras que en las turberas es al revés? Por qué la concentración de CO2 atmosférico disminuye en el verano? Qué pasa con el fertilizante de los cultivos que no se cosecha?

4 Ecología de Ecosistemas Ecosistema Comunidad Ambiente Físico Formada por Seres vivos Compuesto por proveen Luz Energía Compuestos minerales Materia CO2 Requieren El ecosistema es una Unidad Funcional Oxígeno Los componentes están vinculados por el Flujo de materia y energía La ecología de ecosistemas estudia los flujos de materia y energía.

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7 Quiénes son los actores en el flujo de materia y energía? Ecología de poblaciones Procesos: reproducción, muerte, movimientos Unidades: Individuos Ecología de comunidades Procesos: Colonización, extinción, Interacciones Unidades: Especies Ecología de ecosistemas Procesos: flujos de materia y energía Unidades: niveles tróficos Conjunto de organismos que cumplen un mismo papel en el flujo de materia y energía

8 Ecosistema Seres vivos Producción Biomasa primaria Energía Química Elementos constitutivos Producción secundaria E- quim Medio ambiente Energía solar o química Nutrientes Oxígeno CO2 Agua Descomposición Biomasa: Cantidad de materia en organismos/unidad de área : toneladas/ha, Kcal/ha

9 En qué unidades medimos la producción y la descomposición? Acumulación de biomasa Producción Fijación de energía Descomposición Degradación de la biomasa Liberación de energía Entonces las unidades serán: Masa Referida a un tiempo y espacio Masa o peso/unidad de tiempo*unidad de área Biomasa/ unidad de tiempo Energía/unidad de tiempo*unidad de área Toneladas/ha*año Kcal/ha*año Kg/m3* mes Cal/m3*mes

10 Circulación de materia y energía Autótrofos Producción Fuentes de energía y materia orgánicas Producción secundaria primaria Fuentes de energía y materia inorgánicas Descomponedores Se alimentan de organismos muertos, desechos, heces. Heterótrofos Consumidores Se alimentan principalmente de organismos vivos

11 Producción primaria Fijación de energía y síntesis de materia a partir de compuestos inorgánicos por parte de organismos AUTÓTROFOS P. Primaria bruta Total de la energía asimilada y biomasa sintetizada por los autótrofos R Respiración Gastos metabólicos PPN Excreción P. Primaria neta Costo de Biosíntesis PPB- R Energía perdida. Materia que pasa a descomponedores o al medio Biomasa y energía acumuladas disponibles para los siguientes niveles tróficos

12 Producción secundaria Fijación de energía y síntesis de materia a partir de compuestos orgánicos por parte de organismos HETEROTROFOS P. Secundaria bruta Total de la energía asimilada y biomasa sintetizada por los heterótrofos Gastos Gastos metabólicos metabólicos Respiración Excreción Costo de Biosíntesis Energía perdida. Materia que pasa a descomponedores o al medio P. Secundaria neta PSB- R Biomasa y energía acumuladas disponibles para los siguientes niveles tróficos

13 Producción neta del ecosistema Producción primaria bruta Respiración total Por autótrofos Cantidad de carbono fijado cantidad de carbono liberado Respiración de auto y heterótrofos Producción autóctona Producción alóctona

14 Productividad primaria bruta (GPP)

15 FOTOSÍNTESIS: PARTES

16 Productividad primaria neta (NPP)

17 El camino de la energía en un nivel trófico: Productores Luz que no incide sobre hojas Disponible: E solar Luz Incidente sobre hojas No utilizado:luz no FS Disponible para nivel herbívoro FS total: Producción bruta Producción neta Respiración Eficiencia de explotación: Incidente sobre tejidos FS/radiación incidente Eficiencia de asimilación: E fijada en FS total/radiación incidente Eficiencia de producción neta: Producción neta/fs total Eficiencia ecológica de productores: Ef. Explotación*Ef. Asimilación* Ef. Producción neta: PPN/energía solar incidente

18 El camino de la energía del nivel trófico herbívoro No utilizado: heces Disponible para nivel carnívoro PPN Disponible: Ingerido Asimilado: Producción bruta PPN Eficiencias Producción neta de herbívoros Respiración Eficiencia de explotación: Ingerido/disponible Eficiencia de asimilación: Asimilado/ingerido Eficiencia de producción neta: Producción neta/asimilación Eficiencia ecológica de nivel herbívoro: Ef. Explotación*Ef. Asimilación* Ef. Producción neta: PN herb/ppn

19 Flujo de energía entre el ambiente y entre niveles tróficos Energía solar Autótrofos CO2 H de C FS Energía química Nutrientes Agua R NC Heterótrofos Hongos, bacterias PPN Producción secundaria bruta R Otros compuestos Producción primaria bruta Crecimiento.PSN R Crecimiento.PSN NC

20 Cuántos niveles tróficos puede haber en un ecosistema? La producción vegetal se sostiene a partir de la energía de la luz solar y de nutrientes inorgánicos. A lo largo de la cadena trófica la energía fijada por las plantas se va perdiendo de acuerdo a las eficiencias ecológicas de los distintos niveles tróficos La producción primaria neta y la eficiencia ecológica promedio ponen un límite al número de niveles tróficos E(n)= PPN* Ee promedio(n-1) E(n)= energía disponible para el nivel trófico n Ee promedio= eficiencia ecológica promedio

21 Cómo son las relaciones de biomasa y energía entre niveles tróficos? C2 Carnívoros 1 Herbívoros Productores Biomasa o Energía Pueden invertirse estas pirámides? C H P Biomasa Producción La producción primaria neta y la eficiencia ecológica promedio ponen un límite al número de niveles tróficos: no más de 4 niveles tróficos

22 Características generales de los ecosistemas Están formados por elementos bióticos y abióticos Son sistemas abiertos La interacción entre elementos determina retroalimentación (+B+P, +P+B) Las interacciones determinan redes tróficas Son sistemas jerárquicos: hay un orden Cambian en el tiempo Tienen propiedades emergentes

23 Variables y procesos que definen un ecosistema Biomasa Niveles tróficos Fuentes de energía Producción Descomposición/ Renovación de nutrientes Ciclo hidrológico y de los elementos Movimiento/transporte

24 Clasificación de ecosistemas Flujo de energía anual (kcal/m2) Adaptado de Ghersa 2005 Ecosistemas Naturales Energía solar No subsidiados Bosques, pastizales Subsidiados Marismas, estuarios Subsidiados Ecosistemas humanos Agricultura, acuicultura Energía solar + combustibles Urbanoindustriales Ciudades, parques industriales Combustibles

25 Cómo se mide la producción primaria? Durante la FS CO2 O2 Agua Hidratos de carbono Nutrientes Biomasa Cambios en la concentración o cantidad de cualquier elemento podrían servir para estimar la producción primaria.

26 Método de cosecha Medida de biomasa en t+1 (Bt+1-Bt)/(t+1-t) Medida de biomasa en t Tiempo entre t+1 y t Producción bruta o neta? Producción total? Cosecha en parcelas

27 El objetivo de este trabajo fue cuantificar y analizar la dinámica del crecimiento de forraje de una pastura de agropiro alargado en dos épocas del año: otoño-invierno y primavera, mediante diferentes niveles de fertilización nitrogenada. La acumulación de forraje (AF, kg MSha-1) se cuantificó mediante cortes desfasados en el tiempo a 2,5 cm de altura, sobre los 5 m2 centrales de parcelas de 7,5 m2 (5 m x 1,5 m), utilizando una motosegadora. El material cosechado en cada parcela fue pesado en fresco y se extrajo una muestra de aproximadamente 500 g. Ésta fue pesada y luego secada en estufa por aire forzado a 70 C hasta obtener un peso constante que refleje el porcentaje De materia seca (MS).

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29 Medida de producción primaria en medio acuático: basado en cambios en el O2 FS Luz O2 CO2 R Cámara clara Diferencia de concentración de O2/u de tiempo Producción primaria neta O2 CO2 R Oscuridad Cámara oscura Diferencia de concentración de O2/u de tiempo Respiración Producción primaria bruta Dif. O2/u de tiempo día+ dif O2/u de tiempo noche FS total

30 Otras formas de estimar la PPN Contenido de clorofila por absorbancia: se usa para estimar biomasa algal, a su vez relacionada con PPN IVN= NDVI (Indice de vegetación normalizado): mide la radiación reflejada por la superficie terrestre: se puede estimar lo absorbido por unidad de tiempo: biomasa y producción Sensores remotos (en satélites) Análisis de la radiación reflejada: tejidos verdes absorben en el Rojo y reflejan el Infrarrojo. IVN= (IR-R)/(IR+R) En la luz reflejada por la tierra Relacionado con biomasa vegetal, superficie foliar y PPN

31 El IVN permite estimaciones de biomasa vegetal y PPN a escala regional. La longitud de onda de la luz reflejada permite mapear áreas cubiertas con vegetación y áreas con suelo desnudo Distintos tipos de vegetación reflejan en distintas longitudes de onda

32 Reflectancia según la longitud de onda del suelo vegetado y suelo desnudo Vegetación Suelo desnudo

33 Curva anual de IVN Resolución: pixeles de 8x8 Km

34 Modelos alométricos para estimar biomasa por encima de suelo (AGB)

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37 Qué determina la producción primaria? Producción primaria requiere Luz CO2 Nutrientes Agua Cualquiera de estos elementos que falte, va a limitar la producción primaria Ley del mínimo: la velocidad de un proceso va a estar definida por aquél elemento que esté menos disponible Cuál de los elementos necesarios para la producción primaria será más limitante?

38 De dónde obtienen las plantas los elementos para la fotosíntesis Nube Luz Fuente de CO2 CO2 Nutrientes Agua Medio terrestre Aire CO2 Fuente de luz Sol Fuente de agua Precipitaciones- Suelo Suelo- disueltos Fuente de nutrientes Medio acuático Agua Sol Agua

39 Determinantes de la producción primaria Co2 Puede ser limitante en ambientes desérticos y en algunos ambientes acuáticos Intensidad lumínica Variaciones estacionales: Estación de crecimiento Variación con la profundidad en ambientes acuáticos Variación según la estratificación de la vegetación en ambientes terrestres

40 Es limitante la luz para la producción primaria? Sistemas terrestres En los ecosistemas terrestres, los niveles de luz durante la estación de crecimiento muchas veces exceden el punto de saturación de las plantas Pero la longitud de la estación de crecimiento varía según el clima En los trópicos es larga, en los polos muy corta. Aunque las plantas presentan adaptaciones para las distintas intensidades luminosas, la producción primaria ANUAL en las latitudes altas es menor que en los trópicos.

41 Es limitante la luz para la producción primaria? Sistemas acuáticos La intensidad lumínica disminuye con la profundidad en un cuerpo de agua: Sólo un 40% llega a 1m en un lago de aguas claras. Menos del 7% llega a 100 m en agua de mar pura Las distintas longitudes de onda son absorbidas diferencialmente por el agua El espectro de longitudes de onda cambia con la profundidad : primero se absorben la luz roja e infrarroja (700 nm) luego se extinguen las luces amarilla, verde y violeta (400 nm) La luz azul es la que penetra a mayor profundidad

42 Relación entre Profundidad, Fotosíntesis y Respiración en un cuerpo de agua I0 P Punto de compensación FS IL Zona eufótica FS=R R O F U 1%I0 N D R I D A IL= Intensidad lumínica En la zona eufótica R= Respiración FS>R FS= Fotosíntesis PPN>0 D

43 Efectos de la temperatura sobre la producción primaria Los cambios en la intensidad de luz generalmente se asocian a cambios en temperatura La FS varía con la temperatura con un óptimo que depende de dónde se haya aclimatado la planta La relación FS/R disminuye con el aumento de la temperatura Altas temperaturas pueden disminuir la producción primaria porque aumenta la transpiración, se cierran los estomas.

44 Variación de la PPN según la temperatura en distintos sitios

45 Cómo afecta la disponibilidad de agua a la producción primaria? El agua es fundamental para los seres vivos: las reacciones metabólicas se producen en medio acuoso La turgencia de las plantas se mantiene por el agua Los nutrientes se absorben disueltos en agua El agua es limitante en muchas zonas de la tierra: casi todo el año en el cinturón de desiertos, en la estación seca en algunos climas La disponibilidad de agua condiciona las especies presentes en un lugar, su morfología y fisiología

46 Patrones globales de variación en la producción primaria neta Producción primaria neta total del planeta: 105 x g de carbono por año (sin dividir por área) Tierra: 56,4 Océanos : 2/3 de la superficie total Océanos: 48,3 En la Tierra: 60% corresponde a selvas tropicales y sabanas

47 Patrones globales de variación en la producción primaria neta Producción primaria neta depende de Intensidad de luz. Estación de crecimiento Variaciones latitudinales y estacionales Precipitaciones Disponibilidad de agua Suelos Temperatura Biota Suelo Disponibilidad de nutrientes Agua Regeneración Aportes externos

48 Hábitat Terrestres Acuáticos Biomasa Kg/ m2 Tasa de renovación=p/b Bosque tropical Producción primaria neta kg/m2año 1,8 42 0,043/año Tiempo de residencia= B/P 23,3 años Bosque templado 1, ,037/año 27 años Bosque boreal 0,8 20 0,04/año 25 años Arbustal 0,6 6 0,1/año 10 años Sabana 0,7 4 0,175/año 5,7 años Pradera templada 0,5 1,5 0,33/año 3 años Tundra y alpino 0,14 0,6 0,23/año 4,3 años Matorral de desierto Tierra cultivada 0,07 0,7 0,1/año 10 años 0, ,63/año 1,6 años Ciénaga y pantano 2,5 15 0,17/año 5,9 años Océano abierto 0,125 0,003 41,7/año 0,02 años Plataforma continental Lechos de algas y arrecifes Estuarios 0,36 0,01 36/año 0,03 años 2 2 1/año 1 año 1,8 1 1,8/año 0,55 años Lagos y arroyos 0,5 0,02 25/año 0,04 años

49 Cambios en la producción a lo largo de una sucesión cuyo climax es un bosque. Papel del tipo de vegetación

50 REFERENCIAS BÁSICAS Begon, M., J. L. Harper & C. R. Townsend Ecología, Individuos, Poblaciones y Comunidades. Ediciones Omega S.A. Barcelona. 865 pp. Chapin III F. S., Stuart F., P. A. Matson, H. A. Mooney Principles of Terrestrial Ecosystem Ecology. Springer-Verlag New York, Inc. ISBN pp. Smith, R.L. y Smith,T.M Ecología. Cuarta Edición. Addison Wesley Longman Pearson. Educación, Madrid. 642pp.