AGROECOLOGÍA UNIDAD IV LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

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1 AGROECOLOGÍA UNIDAD IV LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

2 OBJETIVO GENERAL Analizar el flujo de la materia (movimiento de los nutrimentos) en los agroecosistemas. OBJETIVOS ESPECIFICOS: Definir los conceptos básicos de los ciclos biogeoquímicos Analizar los principales ciclos biogeoquímicos Discutir el papel de los microorganismos en el ciclaje de nutrimentos (C, N, P, S) y la sostenibilidad

3 CONTENIDO 1. MATERIA 2. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS CICLO DEL CARBONO
CICLO DEL NITRÓGENO CICLO DEL FÓSFORO CICLO DEL AZUFRE 3. IDENTIFICAR SU RELACIÓN CON LOS PROBLEMAS AMBIENTALES

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5 COMPONENTES ESTRUCTURALES ABIÓTICOS DE LOS ECOSISTEMAS
ENERGÍA MATERIA (Componente de los ciclos biogeoquímicos) 3. FACTORES FÍSICOS 4. GRADIENTES

6 CALOR VIDEO ENCARTA (MATERIA) LA MATERIA VIVA Compuesta a partir de un número pequeño de átomos diferentes Algunos abundan en el componente abiótico Razón por la cual la vida ha persistido en el planeta por más de 3000 millones de años Existen mecanismos de retroalimentación El flujo de energía impulsa los ciclos

7 EL FLUJO A TRAVÉS DE LA ZONA ABIÓTICA
1. Suele contener grandes cantidades de elementos biogeoquímicos 2. Es lento 3. Tienen largos tiempos de residencia EL FLUJO A TRAVÉS DE LA ZONA ABIÓTICA

8 LOS ELEMENTOS MÁS IMPORTANTES QUE FORMAN PARTE DE LA MATERIA VIVA
1. Están presentes en: Atmósfera, Hidrósfera y Geósfera. Desde átomos hasta la biósfera 2. Son incorporados por los seres vivos a sus tejidos 3. Siguen un ciclo biogeoquímico, tiene una zona abiótica y una zona biótica.

9 1. Hay poca cantidad de estas sustancias formando parte de los seres vivos
2. Es rápido 3. Tienen cortos tiempos de residencia EL FLUJO A TRAVÉS DE LA ZONA BIÓTICA

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11 No hay acumulación permanente (hay equilibrio)
EL FLUJO DE MATERIA Nuevos nutrimentos o Se incorporan a nuevas cadenas tróficas No hay acumulación permanente (hay equilibrio) Orgánica inorgánica Descomponedores transformación MO

12 EL FLUJO DE MATERIA Tiende a ser cerrado .
Los nutrimentos son reciclados por M.O. en…

13 EQUILIBRIO DE UN ECOSISTEMA NATURAL
MINERALES C6H12O6 CO2 H2O EQUILIBRIO DE UN ECOSISTEMA NATURAL H2O, CO2, MINERALES NO HAY ACUMULACIÓN PERMANENTE DE MATERIA Y ENERGÍA

14 COMPONENTES ABIÓTICOS MATERIA: Puede ser utilizada una y otra vez sin que pierda su utilidad:
HUMUS NUTRIMENTOS MO ((disuelta o particulada) DETRITOS COMPUESTOS ORGÁNICOS (CHO, Proteinas y lipidos)

15 COMPONENTES ABIÓTICOS
NUTRIMENTOS: Cualquier elemento que un organismo necesite para vivir, crecer y reproducirse MACRONUTRIMENTOS: C, H, N, O, P, S, Ca, Mg y K, Requeridos en grandes cantidades. Constituyen 95% cuerpo humano y 97% de los organismos. MICRONUTRIMENTOS: 30 elementos (Fe, Mg, Cu, Co, Zn, Cl, I y Mo..) requeridos en cantidades pequeñas (trazas).

16 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
LA MAYOR PARTE NO OCURREN EN FORMAS ÚTILES PARA LOS ORGANISMOS VIVOS CICLADOS CONTINUAMENTE LOS CONVIERTEN EN FORMAS ÚTILES POR LA COMBINACIÓN DE PROCESOS BIOLÓGICOS, GEOLÓGICOS Y QUÍMICOS.

17 BIOGEOQUÌMICA Vernadsky 1920.
Mayor impacto en como los nutrientes y elementos se mueven ES POR LA NATURALEZA COMPLETAMENTE INTERDISCIPLINARIA, ¿CÓMO LA TIERRA Y LOS ECOSISTEMAS OPERAN? Sistema natural a un sistema controlado

18 CICLOS BIOGEOQUIMICOS
Bio = Organismos vivos Geo = Roca, suelo, aire, agua del planeta Geoquímica = Estudia la composición de la corteza terrestre y sus océanos

19 CICLOS BIOGEOQUIMICOS
Biogeoquímica= Intercambio de materia entre los componentes vivos y no vivos de la biosfera Recorridos repetitivos mas o menos circulantes de elementos químicos, entre organismos y ambiente.

20 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS: activados por el sol
RECICLAJE DE LOS NUTRIMENTOS ABIÓTICO Atmósfera Hidrósfera Corteza terrestre BIÓTICO LITERALMENTE: BIO–GEO-QUIMICO CICLOS: C, N, P, S, O, H2O o Hidrológico El término ciclo biogeoquímico se deriva del movimiento cíclico de los elementos que forman los organismos biológicos (bio) y el ambiente geológico (geo) e intervienen en un cambio químico.

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22 CIRCULACIÓN DE LA MATERIA
UNA SUSTANCIA SE ENCUENTRA EN UN ORGANISMO LUEGO VIVE EN OTRO. O2 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS PERMITEN EL REUSO DE LOS ELEMENTOS POR LOS ORGANISMOS (EXTINCION DE LA VIDA)

23 CIRCULACIÓN DE LA MATERIA
LOS MICROORGANISMOS DEL SUELO SON INDISPENSABLES PARA COMPLETAR LOS CICLOS DEL C, N, P y S.

24 COMPARTIMIENTOS DE LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
UN POZO DE DEPÓSITO O SUMIDERO (Compartimiento estanque, grande y con poca movilidad, estable o no disponible)

25 2. POZO DE INTERCAMBIO O FUENTE: (Pequeño, con mucha movilidad) ELEMENTOS EN FORMA INESTABLE, gran movilidad, procesos contínuos), DISPONIBLES PARA LOS ORGANISMOS VIVOS.

26 TIPOS DE CICLOS GLOBALES O GASEOSOS: Atmósfera-Agua-Organismos vivos (C,N,O) SEDIMENTARIOS: Corteza terrestre (suelo, rocas y sedimentos) - Hidrósfera y - Organismos vivos (P, S) HIDROLÓGICO: El agua en Océano, Aire, Tierra y Organismos vivos.

27 TIPOS DE CICLOS 1.- GLOBALES O GASEOSOS
CICLOS GASEOSOS (Ej. C, O, N) MOVIMIENTOS CONTINUO Y RÁPIDO (horas, días) GENERALMENTE NO REPRESENTAN FACTOR LIMITANTE, por que esta disponible.

28 TIPOS DE CICLOS 1.- GLOBALES O GASEOSOS
4) PUEDEN ESTAR NO DISPONIBLE 5) LOS NUTRIMENTOS CIRCULA EN ATMOSFERA - AGUA - O.V. 6) POZO DE DEPÓSITO: ATMÓSFERA, HIDRÓSFERA ORGANISMOS VIVOS LOS NUTRIMENTOS CIRCULAN ENTRE: ATMÓSFERA - AGUA - ORGANISMOS VIVOS

29 TIPOS DE CICLOS 2.- LOS PUNTUALES O SEDIMENTARIOS.
MOVIMIENTOS DISCONTINUOS Y LENTOS (Retenidos por las rocas por miles – millones de años). Roca fosfórica NECESARIOS PARA LA BIOTA LIMITANTES FUERTES DENTRO DEL ECOSISTEMA (P y S) POZO DE DEPÓSITO Y CIRCULAN EN: LITOSFERA, HIDROSFERA, BIOSFERA.

30 … PUNTUALES O SEDIMENTARIOS.
Los NUTRIMENTOS circulan principalmente en: La corteza terrestre (suelo, rocas y sedimentos), La hidrosfera y Los organismos vivos. Los elementos son reciclados más lentamente, porque son retenidos en las rocas sedimentarias (miles a millones de años). Roca fosfórica No tienen una fase gaseosa. El P y S (2 de 36)

31 3.- EL CICLO HIDROLÓGICO DISTRIBUYE EL CALOR SOLAR SOBRE LA SUPERFICIE DEL PLANETA. ABIOTICO Océano, Aire Tierra BIOTICO Agua

32 LOS PROCESOS EN LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS: mas importantes que la cantidad
EN LOS ECOSISTEMAS: ESTRUCTURA, FUNCIÓN, VELOCIDAD Y TRANSFERENCIA LOS AGENTES DE CIRCULACIÓN SON: FORMACIÓN DE MONTAÑAS, ACTIVIDAD VOLCÁNICA, EROSIÓN Y ACCIÓN DE AGENTES BIOLÓGICOS.

33 LOS PROCESOS de los ciclos:
AQUI ENTRE ORGANISMOS CIRCULAN: COMPUESTOS ORGÁNICOS E INORGÁNICOS LOS ELEMENTOS NUTRITIVOS RETORNAN POR: LA EXCRECIÓN DE LOS ANIMALES LA DESCOMPOSICIÓN POR MICROORGANISMOS (EN C, N, P y S) LOS PROCESOS ANTRÓPICOS: ACELERAN LA CIRCULACIÓN.

34 CICLO DEL CARBONO ELEMENTO RARO EN EL MUNDO ABIÓTICO. FUERA DE LA MO, EL C SE ENCUENTRA COMO CO2 Y EN LAS ROCAS CARBONATADAS (CALIZAS, CORAL). REPRESENTA ALREDEDOR DEL 43% DE LA MATERIA VIVA PROPORCIONA LA BASE PARA LA DIVERSIDAD Y EL TAMAÑO MOLECULAR Aunque el carbono es un elemento muy raro en el mundo no viviente de la tierra, representa alrededor del 18% de la materia viva. La capacidad de los átomos de carbono de unirse unos con otros proporciona la base para la diversidad molecular y el tamaño molecular, sin los cuales la vida tal como la conocemos no podría existir. Fuera de la materia orgánica, el carbono se encuentra en forma de bióxido de carbono (CO2) y en las rocas carbonatadas (calizas, coral). Los organismos autótrofos -especialmente las plantas verdes- toman el bióxido de carbono y lo reducen a compuestos orgánicos: carbohidratos, proteínas, lípidos y otros. Los productores terrestres obtienen el bióxido de carbono de la atmósfera y los productores acuáticos lo utilizan disuelto en el agua (en forma de bicarbonato, HCO3-). Las redes alimentarias dependen del carbono, no solamente en lo que se refiere a su estructura sino también a su energía. En cada nivel trófico de una red alimentaria, el carbono regresa a la atmósfera o al agua como resultado de la respiración. Las plantas, los herbívoros y los carnívoros respiran y al hacerlo liberan bióxido de carbono. La mayor parte de la materia orgánica en cada nivel trófico superior sino que pasa hacia el nivel trófico "final", los organismos de descomposición. Esto sucede a medida que mueren las plantas y los animales o sus partes (por ejemplo, las hojas). Las bacterias y los hongos desempeñan el papel vital de liberar el carbono de los cadáveres o de los fragmentos que ya no podrán utilizarse como alimento para otros niveles tróficos. Mediante el metabolismo de los animales y de las plantas se libera el bióxido de carbono y el ciclo del carbono puede volver a comenzar.

35 Retorno AUTÓTROFOS LOS PRODUCTORES TERRESTRES OBTIENEN EL CO2 DE
DEPENDEN DEL C (ESTRUCTURA Y SU ENERGÍA) AUTÓTROFOS Retorno CHO, PROTEÍNAS, LÍPIDOS Y OTROS. LOS PRODUCTORES TERRESTRES OBTIENEN EL CO2 DE LA ATMÓSFERA Y LOS ACUÁTICOS DEL AGUA (HCO3-).

36 PROCESOS NATURALES DE GANANCIAS Y PÉRDIDAS DE CO2 EN LA ATMÓSFERA CICLO LARGO GEOLÓGICO

37 CICLO CORTO DEL CO2 http://www.esd.ornl.gov/iab/iab2-2.htm
Ciclo corto del CO2. En el gráfico de la derecha se representan los intercambios anuales de carbono entre el mar, el aire y la biomasa continental (vegetación y suelos) en Pg de carbono. Además se representan las emisiones humanas de CO2 (7Pg) por la quema de combustibles fósiles y la agricultura, así como el aumento anual de carbono en los tres reservorios: aire (~3Pg), mar (~2Pg) y biomasa (~2Pg). nota: 1 Pg (petagramo) de carbono = 1 Gt (gigatonelada) de carbono, equivale a 3,67 Gt de CO2; además, 2,12 GtC o 7,8 GtCO2 equivalen en la atmósfera a 1 ppmv de CO2 (ppmv=partes por millón en volumen) dibujo:

38 CICLO MARINO DEL CO2 Ciclo marino del CO2. El carbono se encuentra disuelto en el agua marina en forma de dióxido de carbono, bicarbonatos y carbonatos, en una proporción entre ellos que se mantiene en un determinado equilibrio. De la atmósfera se absorbe CO2 y los ríos aportan iones de calcio y bicarbonatos. Al final de las reacciones, parte del carbono precipita en el fondo en forma de carbono orgánico fotosintético y en forma de carbono inorgánico contenido en la caliza, CaCO3, de las conchas de foraminíferos y cocolitóforos especialmente (aunque sólo por encima del nivel de disolución, o lisoclina). A la atmósfera pasa oxígeno (no consumido en la respiración) y también parte del CO2. En el conjunto de las reacciones químicas y de los intercambios, el mar en su conjunto resulta ser a la larga un absorbente de CO2 atmosférico y un emisor de oxígeno, pero existen regiones de fuerte upwelling (afloramiento de aguas) en el que el mar se degasifica y emite más CO2 del que absorbe (ver mapa)

39 REGIONES OCEÁNICAS FUENTE DE CO2 HACIA LA ATMÓSFERA
Regiones oceánicas que son fuente de CO2 hacia la atmósfera y regiones que son sumideros de CO2. Las zonas tropicales, especialmente el Pacífico oriental, y otras regiones costeras de afloramiento de aguas profundas son regiones de pérdida oceánica de CO2, mientras que en las latitudes medias y altas, especialmente en el Atlántico Norte, el océano actúa de sumidero de CO2, debido a la formación de agua profunda y al "bombeo biológico". Galen McKinley:

40 Distribución global de fuentes de CO2
INTERGOVERMENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE

41 CICLO NATURAL DEL CO2 Actividades humanas que lo sacan del balance
Usado por plantas verdes en la fotosintesis Dióxido de Carbono en la atmósfera Producido por la respiración de plantas y animales y en los fuegos de bosques Actividades humanas que lo sacan del balance CICLO NATURAL DEL CO2 Transporte Industrias Calefacción Leña Generación de electricidad

42 Primeros 20 países emisores de CO2 Per capita (tons/capita)
Total (1000 tons of C) Per capita (tons/capita) Rango Crecimiento (en %, ) USA 5.37 (1) (9.9) China 0.76 (18) 40.0 Rusia 2.91 (6) -19.2 (since 1992) Japon 2.54 (9) 9.1 India 0.29 (20) 47.7 Alemania 2.87 (7) -12.2 Reino Unido 2.59 (8) -1.1 Canada 3.76 (4) -0.1 Corea del Sur 2.46 (11) 69.2 Italia 1.92 (13) 1.1 Ukraine 2.10 (12) -37.0 (Desde 1992) France 98.750 1.69 (15) 2.4 Polonia 97.375 2.52 (10) 2.6 Mexico 95.007 1.02 (17) 18.0 Australia 83.688 4.63 (2) 15.3 Sur Africa 79.898 1.88 (14) 0.6 Brazil 74.610 0.46 (19) 34.9 Arabia Saudita 73.098 3.88 (3) 51.2 Iran 72.779 1.04 (16) 25.6 Korea del Norte 69.412 3.09 (5) 4.0

43 ALTERACIÓN DEL CICLO DEL CARBONO - EFECTOS AMBIENTALES
CALENTAMIENTO GLOBAL “MODIFICACIONES ANTROPOGÉNICAS - FLUJO DE C” Aplicaciones excesiva de pesticidas disminuyen las poblaciones microbianas (claves en el ciclo de C) y liberan CO2 en su fabricación (ejm: Haber-Busch para el N)

44 IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN EL CICLO DEL CARBONO
Las bacterias y hongos colaboran en la liberación del C de cadáveres como alimento a otros N. T. y ciclo vuelve a comenzar Constituyentes estructurales de la pared celular: celulosa, hemicelulosa, pectinas, lignina

45 Celulosa (polímero de glucosa)
Hemicelulosa (polímero de xilosa o xiloglucan) Hemicelulosa (hemicelulasa)  xilosa (energía)  CO2 . Cierre del ciclo C. Hemicelulasa: hongos pudridores pardos (descomponen la celulosa, hemicelulosa, no lignina y compuestos fenólicos)

46 Descomposición de la celulosa (polímero de glucosa)
β-glucosidasa: enzima clave degradación de la celulosa (celobiosaglucosa) Aspergillus, Trichoderma, Chaetomiun Descomposición de la celulosa (polímero de glucosa)

47 Estructura de las pectinas
Pectinas o sustancias pécticas (pectinasas)  ácido galacturónico (energía)  CO2 Cierre ciclo C

48 Descomposición de la pectina en el suelo
CO2 Cierre ciclo C

49 Degradación de la lignina
La lignina (fenol oxidasas)  ácido acético y succínico (energía)  CO2. Cierre ciclo C. Permite detectar cambios en el suelo Los Pesticidas eliminan los MO del suelo (sin ellos no hay cierre de ciclo) Las fenoloxidasas (hongos del suelo) descomponen la lignina y compuestos fenólicos, dejando la celulosa Phanerochaete chrysosporium

50 CICLO DEL NITRÓGENO INERTE EN EL AIRE (N2) CONCENTRACIÓN 78%
ES LIMITANTE EN BIOTA LA FIJACIÓN DE N Y DESNITRIFICACIÓN PERMITEN EL EQUILIBRIO DEL ECOSISTEMA SU FORMA INERTE ES N2, CON UN TRIPLE ENLACE QUE LO HACE ESTABLE CICLO DEL NITROGENO. Todos los seres vivos requieren de átomos de nitrógeno para la síntesis de proteínas de una variedad de otras moléculas orgánicas esenciales. El aire, que contiene 79% de nitrógeno, se utiliza como el reservorio de esta sustancia. A pesar del gran tamaño del patrimonio de nitrógeno, a menudo es uno de los ingredientes limitantes de los seres vivos. Esto se debe a que la mayoría de los organismos no puede utilizar nitrógeno en forma elemental, es decir: como gas N2. Para que las plantas puedan sintetizar proteína tienen que obtener el nitrógeno en forma "fijada", es decir: incorporado en compuestos. La forma más comúnmente utilizada es la de iones de nitrato, NO3-. Sin embargo, otras sustancias tales como el amoníaco NH3 y la urea (NH2) 2CO, se utilizan con éxito tanto en los sistemas naturales como en forma de fertilizantes en la agricultura. Fijación del Nitrógeno. La molécula de nitrógeno, N2, es bastante inerte. Para separar los átomos, de tal manera que puedan combinarse con otros átomos, se necesita el suministro de grandes cantidades de energía. Tres procesos desempeñan un papel importante en la fijación del nitrógeno en la biosfera. Uno de estos es el relámpago. La energía enorme de un relámpago rompe las moléculas de nitrógeno y permite que se combinen con el oxígeno del aire. Los óxidos de nitrógeno formados se disuelven en el agua de lluvia y forman nitratos. En esta forma pueden ser transportados a la tierra. La fijación atmosférica del nitrógeno probablemente representa un 5-8% del total. La necesidad de nitratos para la fabricación de explosivos condujo al desarrollo de un proceso industrial de fijación del nitrógeno. En este proceso, el hidrógeno (derivado generalmente del gas natural o del petróleo) y el nitrógeno reaccionan para formar amoníaco, NH3. Para que la reacción pueda desarrollarse eficientemente, tiene que efectuarse a elevadas temperaturas (600ºC), bajo gran presión y en la presencia de un catalizador. Hoy en día, la mayor parte del nitrógeno fijado industrialmente se utiliza como fertilizante. Quizás un tercio de toda la fijación del nitrógeno que hoy en día tiene lugar en la biosfera se efectúa industrialmente. Las bacterias son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico tanto para su huésped como para sí mismas. En efecto, la capacidad para fijar nitrógeno parece ser exclusiva de los procariotes. Otras bacterias fijadoras del nitrógeno viven libremente en el suelo. También algunas algas verde-azules son capaces de fijar en nitrógeno y desempeñan un papel importante en el mantenimiento de la fertilidad en medios semiacuáticos como campos de arroz. A pesar de la amplia investigación desarrollada, todavía no es claro de que manera los fijadores del nitrógeno son capaces de vencer las barreras de alta energía inherentes al proceso. Ellos requieren de una enzima, llamada nitrogenasa, y un alto consumo de ATP. Aunque el primer producto estable del proceso es el amoníaco, este es incorporado rápidamente en las proteínas y en otros compuestos orgánicos que contienen nitrógeno. Podemos decir, entonces, que la fijación del nitrógeno en las proteínas de la planta (y de los microbios). Las plantas carentes de los beneficios de la asociación con fijadores del nitrógeno, sintetizan sus proteínas con fijadores de nitrógeno absorbido del suelo, generalmente en forma de nitratos. Descomposición. Las proteínas sintetizadas por las plantas entran y atraviesan redes alimentarias al igual que los carbohidratos. En cada nivel trófico se producen desprendimientos hacia el ambiente, principalmente en forma de excreciones. Los beneficiarios terminales de los compuestos nitrogenados orgánicos son microorganismos de descomposición. Mediante sus actividades, las moléculas nitrogenadas orgánicas de las excreciones y de los cadáveres son descompuestas y transformadas en amoniaco. Nitrificación. El amoniaco puede ser absorbido directamente por las plantas a través de sus raíces y, como se ha demostrado en algunas especies, a través de sus hojas. (Estas últimas, cuando se exponen a gas de amoniaco previamente marcado con isótopos radiactivos, incorporan amoniaco en sus proteínas). Sin embargo, la mayor parte del amoníaco producido por descomposición se convierte en nitratos. Este proceso se cumple en dos pasos. Las bacterias del género nitrosomonas oxidizan el NH3 y lo convierten en nitritos (NO2-). Los nitritos son luego oxidados y se convierten en nitratos (NO3-) mediante bacterias del género Nitrobacter. Estos dos grupos de bacterias quimioautotróficas se denominan bacterias nitrificantes. A través de sus actividades (que les suministran toda la energía requerida para sus necesidades), el nitrógeno es puesto a disposición de las raíces de las plantas. Desnitrificación. Si el proceso descrito antes comprendiera el ciclo completo del nitrógeno, estaríamos ante el problema de la reducción permanente del patrimonio de nitrógeno atmosférico libre, a medida que es fijado comienza el ciclaje a través de diversos ecosistemas. Otro proceso, la desnitrificación, reduce los nitratos a nitrógeno, el cual se incorpora nuevamente a la atmósfera. Así, otra vez, las bacterias son los agentes implicados. Estos microorganismos viven a cierta profundidad en el suelo y en los sedimentos acuáticos donde existe escasez de oxígeno. Las bacterias utilizan los nitratos para sustituir al oxígeno como aceptor final de los electrones que se desprenden durante la respiración. Al hacerlo así, las bacterias cierran el ciclo del nitrógeno.

51 ELEMENTO CLAVE DEL ADN (AMINOÁCIDOS Y
PROTEÍNAS) SOLO FORMA ENLACES CON OXÍGENO E HIDRÓGENO (amoniaco, nitratos y nitritos) LA NITRIFICACIÓN OCURRE AL RELACIONARSE (Ej NITROSOMONAS) CON (Rhizobium, Anabaena, Franquia, Nostoc)

52 NO3- reductasa desasimilatoria
Nitrobacter, nitrococcus, nitrospira Nitrosomonas, nitrosococcus, nitrosospira Afectada Nitrificadores, aereación del suelo, disponibilidad de sustrato, pH del suelo (>4,5)

53 Enzimas (microbios y animales del suelo) Solución del suelo Resumen del ciclo del N, mostrando los compartimentos mayores (en las áreas sombreadas) y las transformaciones (lineas) del N

54 A) N-acetil-glucosamina (se polimeriza  quitina) componente principal de la pared celular de HONGOS
B) N-acetil-glucosamina y ácido N-acetil-muramico componentes principales de la pared celular de las BACTERIAS β-glucosaminidasa (NAGase) degrada la quitina (quitooligosacaridos)  aminoazúcares (energía y N) Útiles para detectar cambios en la calidad del suelo resultante por manejo

55 Enzimas extracelulares involucradas en la mineralización del N

56 Fijación de Nitrógeno Reducción del N2 2NH4
Proceso Haber-Bosh: 450 ºC y 250 atm Organismos: A) Vida libre A1) Autótrofos: Azospirillum, Rhodospirillum, algas verde-azules (anabaena) A2) Heterótrofos: Aeróbico Azotobacter, Clostridium pasteurianum (anaeróbico) Azospirillum Azotobacter

57 B. Simbiontes: Rhizobium sp (bacilo)– leguminosas
Fijación de Nitrógeno Fisiologia de simbiosoma: intercambio de metabolitos entre planta y bacteria B. Simbiontes: Rhizobium sp (bacilo)– leguminosas

58 Fijación de Nitrógeno Actividad de la nitrogenasa (fijación del N)
1) Intensidad de la luz 2) Fotosíntesis 3) Temp del aire 4) Humedad 5) Temp del suelo 6) Contenido de agua del suelo y potencial redox 7) Otros factores del suelo: pH, O2 & Contenido de N 8) Factores genéticos de la planta 9) Naturaleza y número de los diazotrofos

59 ALTERACIÓN DEL CICLO DEL NITRÓGENO – EFECTOS AMBIENTALES
LIBERACIÓN DE FORMAS INDESEABLES QUE NO DESNITRIFICAN LLUVIA ÁCIDA CONTAMINACIÓN DE AGUAS SUBTERRANEAS CONTAMINACIÓN DE AGUAS SUPERFICIALES ABUNDANTE DISPOSICIÓN DE NUTRIMENTOS EN EL SUELO DISMINUYE LA ACTIVIDAD BIOLÓGICA (ORGANISMOS FLOJOS)

60 FÓSFORO Necesario en las transformaciones energéticas de los organismos (ATP) Poco abundante para lo que se requiere Muy lento desplazamiento e influenciado por la gravedad (colina abajo) Se producen pérdidas naturales por lavado, contaminación de aguas subterráneas y aguas superficiales FACTOR LIMITANTE: Por la rapidez con que se pierde y la alta demanda con que se requiere Aunque la proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, el papel que desempeña es absolutamente indispensable. Los ácidos nucleicos, sustancias que almacenan y traducen el código genético, son ricos en fósforo. El fósforo es un elemento más bien escaso del mundo no viviente. La productividad de la mayoría de los ecosistemas terrestres pueden aumentarse si se aumenta la cantidad de fósforo disponible en el suelo. Como los rendimientos agrícolas están también limitados por la disponibilidad de nitrógeno y potasio, los programas de fertilización incluyen estos nutrientes. En efecto, la composición de la mayoría de los fertilizantes se expresa mediante tres cifras. La primera expresa el porcentaje de nitrógeno en el fertilizante; la segunda, el contenido de fósforo (como sí estuviese presente en forma de P2O5); y la tercera, el contenido de potasio (expresada sí estuviera en forma de óxido K2O).

61 Solubilidad dependiente de actividad biológica  MicroOrgs
PROBLEMA DEL FÓSFORO Formas asimilables solubles en agua y ellas son fácilmente convertidas en insolubles (difícil recuperación) Solubilidad dependiente de actividad biológica  MicroOrgs El ciclo se cierra en tiempos geológicos Muchas sustancias intermedias en la fotosíntesis y en la respiración celular están combinadas con fósforo, y los átomos de fósforo proporcionan la base para la formación de los enlaces de alto contenido de energía del ATP, que a su vez desempeña el papel de intercambiador de la energía, tanto en la fotosíntesis como en la respiración celular.

62 Plantas Inmobilizado Asimilado en microorganismos Fosfatasa ácida
Degrada compuestos orgánicos (P) (ác. nucleicos, membranas celulares, fosfolípidos, ATP) Plantas Inmobilizado Asimilado en microorganismos

63 ALTERACIÓN DEL CICLO DEL FÓSFORO - EFECTOS AMBIENTALES
CONTAMINACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS SUPERFICIALES: EUTROFICACIÓN CULTURAL (enriquecimiento masivo de nutrientes inorgánicos en un ecosistema acuático. Proliferar las algas)

64 CICLO DE AZUFRE Esencial para todos los seres vivos (aminoácidos esenciales) Disponible en Litosfera y Atmósfera Su forma gaseosa es Sulfuro de Hidrogeno (Ácido) Propicia las lluvias ácidas Se libera en el proceso de combustión incompleta por energía fósil El azufre esta incorporado prácticamente en todas las proteínas y de esta manera es un elemento absolutamente esencial para todos los seres vivos.

65 Thiobacillus denitrificans
Thiobacillus ferroxidans

66 Alteración del Ciclo del Azufre
Destrucción de bosques, edificios y obras de arte Las bacterias desempeñan un papel crucial en el ciclaje del azufre. Cuando está presente en el aire, la descomposición de los compuestos del azufre (incluyendo la descomposición de las proteínas) produce sulfato (SO4=). Bajo condiciones anaeróbicas, el ácido sulfhidrico (gas de olor a huevos podridos) y el sulfuro de dimetilo (CH3SCH3) son los productos principales. Cuando estos dos últimos gases llegan a la atmósfera, son oxidadas y se convierten en bióxido de azufre. El carbón mineral y el petróleo contienen también azufre y su combustión libera bióxido de azufre en la atmósfera.

67 H2S Sulfuro de hidrógeno + O2 SO2 Dióxido de azufre
LLUVIA ÁCIDA H2S Sulfuro de hidrógeno + O SO2 Dióxido de azufre SO2 Dióxido de azufre +H2O H2SO4 ácido sulfúrico H2SO4 ácido sulfúrico +NH (NH4)2SO4 sulfato AMONIACO amonio (Niebla o Smog fotoquímico) Acidificación de lagos y aguas subterráneas. Desaparición de peces Muerte de lagos (Acidificación de lagos y aguas subterráneas. Desaparición de peces Problemas políticos

68 LLUVIA ÁCIDA COMPUESTOS
ÁCIDO SULFÚRICO: Emisiones antropogénicas de SO2 y las naturales de ácido sulfhídrico (H2S) ÁCIDO NÍTRICO: Emisiones antropogénicas de NOx ÁCIDO CARBÓNICO: A partir del CO2 (natural o antropogénico) ÁCIDOS ORGÁNICOS: Ac. acético (procesos petroquímicos), Ac. Fórmico (descomposición de hidrocarburos complejos) CLORURO (Cl-): en su forma ácida. La conversión a ácidos ocurre en la atmósfera

69 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Y PROBLEMAS AMBIENTALES
SO2 CO2 NOx CFC CH4 …… CICLOS BIOGEOQUÍMICOS Y PROBLEMAS AMBIENTALES NITRÓGENO FÓSFORO CALENTAMIENTO GLOBAL EUTROFICACIÓN CONTAMINACIÓN DEL AIRE AZUFRE LLUVIA ÁCIDA CONTAMINACIÓN DEL AIRE La materia SI puede ser reciclada, en forma natural a través de los CICLOS BIOGEOQUÍMICOS: que es el recorrido cíclico de los elementos en el ambiente. Se denominan bio (organismos vivos), geo (suelos, aire, agua), químicos por los procesos químicos que se producen. Los elementos se encuentran en cantidades suficientes pero en formas no disponible, de allí la importancia de conocer en que forma se movilizan y que consecuencias puede traer este comportamiento para el ambiente. Así mencionamos el ciclo del nitrógeno y su importancia en la contaminación del aire y la eutrofización. Del azufre y su importancia en la lluvia ácida y la contaminación del aire, del carbono y otros gases y su influencia en el calentamiento global, el deterioro de la capa de ozono y la contaminación del aire CALENTAMIENTO GLOBAL DETERIORO CAPA DE O3 CARBONO

70 CONTENIDO 1. MATERIA 2. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS CICLO DEL CARBONO
CICLO DEL NITRÓGENO CICLO DEL FÓSFORO CICLO DEL AZUFRE IDENTIFICAR SU RELACIÓN CON LOS PROBLEMAS AMBIENTALES