TEMA 12: PATRONES TRÓFICOS. 3) Factores que limitan la producción primaria en ecosistemas terrestres

Transcripción

1 TEMA 12: PATRONES TRÓFICOS 1) Flujo de energía en los ecosistemas 2) Conceptos y Definiciones 3) Factores que limitan la producción primaria en ecosistemas terrestres 4) Los ciclos biogeoquímicos TEMA 12 PATRONES TRÓFICOS 1) Flujo de energía en los ecosistemas 2) Conceptos y Definiciones 3) Factores que limitan la producción primaria en ecosistemas terrestres 4) Los ciclos biogeoquímicos 1

2 1) FLUJO DE ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS Desde el punto de vista energético los ecosistemas necesitan: una entrada continua de energía de suficiente calidad, capacidad de almacenaje de la energía y un medio para disipar entropía. Atributos del Principio de Máxima Potencia (Odum): los ecosistemas con más probabilidades de persistir son aquellos que trasforman eficientemente la mayor parte de energía en trabajo útil, para sí mismos y para los sistemas circundantes con los que están ligados con relaciones de beneficio mutuo 1) FLUJO DE ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS La entrada continua de energía es la Radiación Solar: Vía exosomática Vía endosomática Vía exosomática (Balance de Radiación) circula fuera del cuerpo de los organismos vivos determina su distribución en el planeta porque: calienta desigualmente la Tierra, mueve el ciclo del agua (redistribución del agua) redistribución de los elementos químicos 2

3 VÍA EXOSOMÁTICA Fig Distribución de la energía solar que llega a la atmósfera terrestre (Smith & Smith 2001) 1) FLUJO DE ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS Vía endosomática: circula por el interior de los organismos, siguiendo un flujo disipativo unidireccional, a través de dos procesos opuestos: producción y respiración (fijación y degradación de energía). que verifican dos leyes de la Termodinámica. 1ª la energía ni se crea ni se destruye, se transforma. 2ª eficiencia de transformación de la energía no del 100% 3

4 Leyes de la Termodinámica Figura 4.1 (Odum 1992) (A) Rayos del Sol, 100 unidades (forma de energía diluida) Sol (B) Calor, 98 unidades (forma de energía muy diluida, dispersa) A = B + C Hoja de roble (sistema de conversión de energía) (C) Azúcares, 2 unidades (forma de energía concentrada) 1) FLUJO DE ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS Vía endosomática: Gracias al flujo disipativo de energía, los seres vivos que constituyen los ecosistemas hacen suya materia del entorno y la convierten en más materia viva, interviniendo activamente en el trasiego de los componentes de la biosfera y en su reciclado. Al fijar la energía, los autótrofos producen y aumentan la biomasa global del sistema, reduciendo al mismo tiempo una serie de elementos tomados del medio. La respiración degrada la energía fijada, bien disipándola, bien transfiriéndola en un proceso escalonado de oxidación a través de los distintos escalones tróficos del ecosistema. 4

5 1) FLUJO DE ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS Vía endosomática: la energía va disminuyendo su cantidad en los sucesivos escalones tróficos, pero aumenta su concentración (calidad), es decir, su capacidad de producir trabajo más especializado. Figura 4.4.a (Odum 1992) 1) FLUJO DE ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS Energía solar Figura 1.3 (Rodríguez 1999) AUTÓTROFOS HETERÓTROFOS FAGOTROFOS P Hb C SAPROTROFOS Ni D B 5

6 TEMA 12 PATRONES TRÓFICOS 1) Flujo de energía en los ecosistemas 2) Conceptos y Definiciones 3) Factores que limitan la producción primaria en ecosistemas terrestres 4) Los ciclos biogeoquímicos 2) CONCEPTOS Y DEFINICIONES Biomasa: masa total de organismos que constituyen un sistema ecológico o un nivel trófico determinado, medida en términos de: peso de materia orgánica por unidad de superficie (g/m 2 ) o de volumen (g/m 3 ) (kg/m 2 ; t/ha) cantidad de algún elemento constituyente (C, N) o en unidades de energía (cal, kcal, J). Necromasa: biomasa muerta (tejidos de soporte o de sostén). Biomasa estante: biomasa que está produciendo más biomasa 6

7 2) CONCEPTOS Y DEFINICIONES Producción: cantidad de biomasa acumulada por el sistema o nivel trófico en la unidad de tiempo (g m -2 año -1 ; kcal m -2 año -1 ó cal m -3 h -1 ) 2) CONCEPTOS Y DEFINICIONES Producción bruta (B) o neta (N): Producción bruta (PB): tasa de energía que se invierte en el sistema o nivel trófico. Producción neta (PN): tasa de acumulación de energía en el ecosistema o nivel trófico, una vez descontadas las pérdidas por respiración (R). Producción de un nivel trófico: Producción primaria (PP): tasa de incremento de biomasa por parte de los productores primarios (autótrofos). Producción secundaria (PS): tasa de incremento de la biomasa por parte de los productores secundarios (heterótrofos). 7

8 2) CONCEPTOS Y DEFINICIONES Productividad: Relación entre la producción del sistema o nivel trófico en un intervalo temporal y la biomasa de partida (P (1-2) /B 1 ). Las unidades: año -1 ; día -1 ; h -1. Productividad primaria y secundaria, neta y bruta: La productividad bruta (PB/B): expresión del flujo de energía que atraviesa el sistema o un nivel trófico La productividad neta (PN/B): equivalente al turnover o tasa de renovación de la biomasa del sistema o nivel trófico B 1 /P (1-2) = Tiempo de residencia de la biomasa (año; día, h) tiempo necesario para renovar toda la biomasa del sistema o nivel trófico para una determinada tasa de producción. TEMA 12: PATRONES TRÓFICOS 1) Flujo de energía en los ecosistemas 2) Conceptos y Definiciones 3) Factores que limitan la producción primaria en ecosistemas terrestres 4) Los ciclos biogeoquímicos 8

9 3) FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCCIÓN PRIMARIA Los factores que afectan a la PP de forma directa: aquellos que controlan la actividad fotosintética desde el proceso de captación de la luz hasta la biosíntesis de moléculas orgánicas: CO 2, Luz, agua, nutrientes, temperatura. Luz- Radiación Agua Nutrientes Temperatura Recursos Condición 3) FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCCIÓN 1ª a) Luz-Radiación: La PP puede estar limitada por la escasez de RFA (44% de la radiación solar incidente). 45% llega a la superficie terrestre. 10% interceptada por la vegetación. Las hojas y otras superficies reflejan entre el 25-75% de la radiación incidente. Moléculas distintas de los pigmentos fotosintéticos absorben la mayor parte del resto, que es convertido en calor e irradiado o conducido a través de la superficie foliar o disipado por la evaporación del agua desde la hoja (transpiración). 9

10 3) FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCCIÓN 1ª Eficiencia fotosintética Neta (Begon et al. 1988) porcentaje de RFA incidente que es convertida en producción primaria neta, por encima del suelo, durante la estación de crecimiento Bosque de Coníferas 1-3% Bosque caducifolio 0,5-1% Desierto 0,01-0,02% Cultivos 3-10% Tabla 17.2 (Begon et al. 1988) 3) FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCCIÓN 1ª b) Agua: 800 Cuanto más árido es el ecosistema, más directamente correlacionado está el aumento de la PP con el aumento 600 de la disponibilidad de agua, que es el auténtico factor limitante, no la cantidad total de precipitación. Producción (kg/ha) Figura 6.5 (Ricklefs 1998) Praderas perennes en el sur de Arizona Precipitación (cm) Junio-Agosto 10

11 3) FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCCIÓN 1ª c) Temperatura: Mayores remanentes de PPN a temperaturas intermedias: Si Temperatura PPB Respiración (exponencialmente) Figura 17.9 (Begon et al. 1988) 3) FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCCIÓN 1ª c) Temperatura-Agua: Pero la Temperatura también limita la PP a través de su influencia sobre la pérdida de agua. Si Temperatura Transpiración pérdida de agua Por tanto, hay que correlacionar la PP con el déficit de agua (EVAPOTRANSPIRACIÓN PRECIPITACIÓN): (dependiente de la Radiación y la Temperatura) 11

12 3) FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCCIÓN 1ª c) Temperatura-Agua: Figura (Begon et al. 1988) PPN aérea (g m -2 año -1 ) ETP PPT (mm año -1 ) 3) FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCCIÓN 1ª c) Temperatura-Agua: Escasez de agua Densidad vegetación Bosque de coníferas: 1,64 g g -1 año -1 Bosque caducifolio: 2,20 g g -1 año -1 Prado: 1,21 g g -1 año -1 Desierto: 2,33 g g -1 año -1 (Begon et al. 1988) Tasa de fotosíntesis PP por unidad de superficie PP por unidad de peso de biomasa foliar 12

13 3) FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCCIÓN 1ª c) Temperatura-Agua: La duración del período fotosintéticamente útil: medida global que engloba temperatura y agua, e influye en la PP. 3) FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCCIÓN 1ª c) Temperatura-Agua: La duración del período fotosintéticamente útil: medida global que engloba temperatura y agua, e influye en la PP. PPN (t/ha año) Figura (Begon et al. 1988) Duración del período fotosintéticamente útil (días) 13

14 3) FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCCIÓN 1ª c) Temperatura-Agua: Haya Pícea común Edad 100 años 89 años Altura 27 m 25,56 m Forma de las hojas Ancha Acicular Producción anual de hojas Mayor Menor Capacidad fotosintética Mayor Menor por unidad de peso seco foliar Duración de la estación de crecimiento 176 días 260 días Producción primaria (t de C ha -1 año 1 ) 8,6 14,9 Tabla 17.4 (Begon et al. 1988) 3) FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCCIÓN 1ª d) Nutrientes: Marcan el límite definitivo a los niveles de PP tanto por: su cantidad su disponibilidad en el suelo depende de factores: litológicos, morfológicos y bióticos, 14

15 TEMA 12: PATRONES TRÓFICOS 1) Flujo de energía en los ecosistemas 2) Conceptos y Definiciones 3) Factores que limitan la producción primaria en ecosistemas terrestres 4) Los ciclos biogeoquímicos 4) GENERALIDADES. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS CICLO BIOGEOQUÍMICO Vía, más o menos cíclica, que siguen los nutrientes desde los componentes no vivos hasta los vivos del ecosistema. (bio = vivo; geo = rocas y suelo; y químico por los procesos implicados) COMPARTIMENTOS Reservorio Abiótico Movimiento lento Lábil o Circulante Biótico Mov. activo 15

16 4) TIPOS BÁSICOS DE CICLOS BIOGEOQUÍMICOS FASES Orgánica Subciclo completo Abiótica Atmosférica C O N Sedimentaria P 4) TIPOS BÁSICOS DE CICLOS BIOGEOQUÍMICOS GASEOSOS Globales Domina la fase atmosférica Intercambios entre la atmósfera y el ecosistema Bien amortiguados. Se autoajustan rápidamente a perturbaciones por tener grandes reservorios SEDIMENTARIOS Locales Domina la fase sedimentaria Corresponde a los elementos menos móviles Reservorio inmóvil e inactivo Poco amortiguados Se alteran con gran facilidad 16

17 CICLO DEL CARBONO CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3- + H + CO 3= + H + E QUÍMICA Si ph ácido Si ph básico b FOTOSINTETIZADORES Fig. 155 (Dajoz 1979) CICLO DEL NITRÓGENO Fig. 156 (Dajoz 1979) 17

18 CICLO DEL FÓSFORO Fig. 158 (Dajoz 1979) 18