Ecología de Ecosistemas: Ciclo de carbono y flujo de energía Qué es un ecosistema? Cómo entra el carbono a los ecosistemas? Productividad primaria neta Descomposición Respiración heterotrófica Productividad neta del ecosistema
Qué es un ecosistema? Es un concepto holístico que abarca los seres vivos y el ambiente en donde viven como una entidad
Qué es un ecosistema? CHOICE A. La pradera B. La gota de agua C. Las manos D. Las tres E. Ninguna F. No sabe, no contesta G. No sabe H. Sabe pero no contesta
Fig. 1.2 8/29/11 Chapin et al., 2011
Qué estudia la ecología de ecosistemas? La ecología de ecosistemas estudia stocks, flujos de materia y energía, y sus controles
Qué estudia la ecología de ecosistemas? COMPONENTES: Variables de estado FLUJOS: tasas REGULADORES: controles de los flujos Cuáles son los componentes, los flujos y los reguladores de este sistema?
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 CO 2 atmosférico disminuye en el verano? Qué pasa con el fertilizante de los cultivos que no se cosecha?
Fig. 1.3 8/29/11 Chapin et al., 2011
Fig. 1.7 8/29/11 Chapin et al., 2011
Fig. 1.8 8/29/11 Chapin et al., 2011
Paruelo 2015
Ciclo del Carbono
Cómo ingresa el carbono en los ecosistemas?
8/31/11 Chapin et al., 2011 Fig. 5.2
Controles sobre la fotosíntesis 8/31/11 Chapin et al., 2011 Fig. 5.4
8/31/11 Chapin et al., 2011 Fig. 5.5
8/31/11 Chapin et al., 2011 Fig. 5.6
8/31/11 Chapin et al., 2011 Fig. 5.9
Pérdidas Ganancias Chapin et al., 2011 Fig. 5.10
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8/31/11 Chapin et al., 2011 Fig. 5.13
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Controles de la productividad primaria bruta
8/31/11 Chapin et al., 2011 Fig. 5.21
8/31/11 Chapin et al., 2011 Fig. 5.22
8/31/11 Chapin et al., 2011 Fig. 5.24
Duración de la estación de crecimiento explica una diferencia importante entre los distintos biomas
PRODUCTIVIDAD PRIMARIA NETA qué es? Ganancia neta de carbono por parte de las plantas Es el ingreso de energía disponible para los organismos de un ecosistema PPN = PPB - R Productividad Primaria Bruta Respiración Productividad Primaria Neta
Respiración Autotrófica qué es? Es el proceso por el cual una planta obtiene energía para adquirir nutrientes, crecer y mantenerse Respiración de la planta= Crecimiento Mantenimiento Absorción de nutrientes Energía hoja nueva Reemplazo de proteínas Adquisición contra gradiente 80Prod:20Resp 85% 25-50%
PPN (g C m -2 año -1 ) Respiración Autotrófica 50% de PPB PPB (g C m -2 año -1 ) PPB (g C m -2 año -1 ) Waring et al 1998, Forest Ecology
Productividad Primaria Neta qué es? Ganancia neta de cabono por parte de las plantas Biomasa nueva Compuestos solubles excretados al medio (exudados) Transferencia de carbono a organismos simbiontes Emisión de volátiles [ g C m -2 año -1 ] Difícil de estimar; 30% de PPN Curci et al 2009 Atmospheric Environment
Productividad Primaria Neta qué es? - x.ej. cultivo
Productividad Primaria Neta qué es? x.ej. bosque templado
Productividad Primaria cómo estimarla? Cosecha Estimadores indirectos No destructivo Índice Verde Identifican la biomasa producida en el año.
Productividad Primaria Neta: Océano Tierra 48,5 PgC/año 56,4 PgC/año Field et al 98 g C m -2 año -1 1PgC = 10 12 kgc Science
Productividad Primaria Neta: Océano y Tierra qué organismo la realiza? Eucariotas CIANOBACTERIAS Arqueas y Bacterias Virus Flombaum et al 2013 PNAS Proteínas Moléculitas Átomos
Controles de la Productividad Primaria Neta Control: Factor que regula la magnitud del flujo ABIÓTICOS Precipitación Temperatura Luz Nutrientes Textura del suelo BIÓTICOS Composición de especies Herbivoría Riqueza de especies Asociaciones simbióticas
Nemani et al 2003, Science Controles Abióticos Climáticos
Controles Abióticos Precipitación Sala et al. 1988 Ecology
Controles Abióticos Precipitación Sala et al. 1988 Ecology
Controles Bióticos Riqueza de Especies Adesmia campestris Poa ligularis Stipa speciosa Stipa humilis Mulinum spinosum Senecio filaginoides 170 mm 6 especies 95% PPN
ANPP PPNA (log scale) [g m -2 [g año m -2-1 ] yr -1 ] Controles Bióticos Riqueza de Especies 20 10 5 0 2003 2004 2005 1 2 3 4 5 6 Diversidad de especies [número] Flombaum & Sala 2008, PNAS
Productividad Primaria Neta Es el ingreso de energía disponible para los organismos de un ecosistema 50% de la PPN global es realizada en el océano por organismos unicelulares Existen controles bióticos y abióticos de la PPN, y su importancia varía según el contexto ecológico
DESCOMPOSICIÓN Es el proceso del ecosistema por el cual la materia orgánica muerta se transforma en CO2, nutrientes inorgánicos y un pool de moléculas recalcitrantes Esta transformación se produce por lixiviación, fragmentación y alteración química Cuando la descomposición está tan avanzada que no se reconoce el material original de la materia orgánica, se considera que forma parte de la materia orgánica del suelo (SOM)
Chapin et al., 2011 Fig. 7.2
Tasa de descomposición (y tiempo de residencia) L t = L 0 e -kt ln (L t /L 0 ) = -kt L t y L 0 materia en tiempo t y 0 -k : constante de descomposición t: tiempo
Chapin et al., 2011 Fig. 7.3
Chapin et al., 2011 Fig. 7.4
Controles de la descomposición Calidad de la broza Características de la comunidad microbiana Ambiente físico
Calidad de la broza Chapin et al., 2011 Fig. 7.6
Calidad de la broza Chapin et al., 2011 Fig. 7.7
Calidad de la broza Chapin et al., 2011 Fig. 7.8
Comunidad microbiana La actividad de los microorganismos es más importante que la biomasa de los mismos A mayor broza en el suelo, mayor biomasa de microorganismo Distintas comunidades de microorganismos difieren potencialmente en la tasa de producción y el tipo de enzimas
Ventaja de local
Controles ambientales Chapin et al., 2011 Fig. 7.10
RESPIRACION HETEROTRÓFICA Es el resultado de la actividad biológica de microorganismos del suelo y animales, y constituye la principal pérdida de CO2 de los ecosistemas
Chapin et al., 2011 Fig. 7.14
Chapin et al., 2011 Fig. 7.15
Chapin et al., 2011 Fig. 7.16
PRODUCTIVIDAD NETA DEL ECOSISTEMA Es el balance del carbono que entra menos el que sale del ecosistema NEP = GPP R ecosy = NPP R het R ecosy es la suma de la respiración autotrófica y heterotrófica
Ciclo del Carbono