Parámetros tróficos Se usan para estudiar la estructura y el funcionamiento de los ecosistemas; pueden referirse a cada nivel trófico o al ecosistema completo. Los más usados son: BIOMASA PRODUCCIÓN PRODUCTRIVIDAD o TASA DE RENOVACIÓN TIEMPO DE RENOVACIÓN EFICIENCIA ECOLÓGICA Eduardo Gómez La Ecosfera

Biomasa g de C/ cm2….. Kg de C/ m2.... Es la cantidad en peso de materia orgánica viva (fito y zoo) o muerta (necro masa) de cualquier nivel trófico o cualquier ecosistema . La manera en que la biosfera acumula energía, La BIOMASA se expresa de dos formas: A.-peso seco de materia orgánica tanto viva (fitomasa vegetal o zoomasa ) o muerta por unidad de superficie o volumen. g de C/ cm2….. Kg de C/ m2.... B.-energía por unidad de superficie o volumen. un gramo de materia orgánica equivale a 4 o 5 Kcal En la Geosfera la biomasa vegetal es más abundante que la animal, y entre los diferentes puntos varía mucho. En la Hidrosfera la biomasa vegetal es menor que la animal. Eduardo Gómez

PRODUCCIÓN PRODUCCIÓN PRIMARIA PRODUCCIÓN SECUNDARIA Energía capturada por los productores por unidad de superficie o volumen en una unidad de tiempo. -gr de C /m2 . día Depende de la Energía solar recibida y de una serie de factores que pueden actuar como limitantes. PRODUCCIÓN SECUNDARIA Energía capturada por el resto de los niveles tróficos por unidad de superficie y volumen en una unidad de tiempo. Eduardo Gómez La Ecosfera

EN AMBOS CASOS SE DIFERENCIA PRODUCCIÓN BRUTA Cantidad total de energía fijada en cada nivel trófico por unidad de superficie o volumen en una unidad de tiempo. - g de C / m2 /día En productores representará el total fotosintetizado por día o año En consumidores , corresponderá a la cantidad de aliento asimilado respecto al ingerido. En los carnívoros es un 40-60 % y en los herbívoros del 10-30 %. Eduardo Gómez La Ecosfera

PRODUCCIÓN NETA PB – R = PN Cantidad de Energía almacenada por unidad de superficie o volumen en una unidad de tiempo y que puede ser potencialmente transferida al siguiente nivel trófico. Se obtiene restando a la Producción bruta la energía consumida en los procesos metabólicos (fundamentalmente la respiración R, pero también excreción, secreción etc...) PB – R = PN Eduardo Gómez La Ecosfera

Los ecosistemas naturales de mayor producción son los arrecifes de coral, los estuarios, las zonas costeras, los bosques ecuatoriales y las zonas húmedas de los continentes. Los menos productivos son los desiertos y las zonas centrales de los océanos. Eduardo Gómez La Ecosfera

Productivida =tasa renovación r = PN / B Productividad La productividad (o tasa de renovación): Productivida =tasa renovación r = PN / B Es decir cantidad de energía almacenada por unidad de tiempo/ materia orgánica total La tasa de renovación varía entre 0 y 1, e indica la producción de nueva biomasa en cada nivel trófico en relación con la existente. Porcentage de gasto respiratorio = Respiración / P B .100 Eduardo Gómez La Ecosfera

La tasa de renovación o productividad es en muchos casos un parámetro mucho mejor que la producción neta para valorar el flujo de energía de un ecosistema. Por ejemplo: El plancton tiene una producción menor que los vegetales terrestres, sin embargo tienen una mayor productividad por que su tasa de reproducción es muy alta y se renuevan muy rápidamente. Por este motivo la biomasa que habitualmente es menor a medida que subimos en los escalones de la pirámide trófica, en este caso es al revés y la biomasa es mayor en los herbívoros que en los productores. Eduardo Gómez La Ecosfera

En un cultivo agrícola la tasa de renovación sería próxima a 1. Cuando se empieza a colonizar un territorio la productividad es muy alta, a medida que el territorio se va colonizando y se alcanza la estabilidad la biomasa alcanza un valor máximo y la productividad es mínima. En un cultivo agrícola la tasa de renovación sería próxima a 1. En un pastizal sería entre 0 y 1. En un bosque maduro sería cercana al 0. Un ecosistema estable y muy organizado, tiene una gran cantidad de biomasa y una gran biodiversidad, pero su productividad es baja y disminuye el flujo de energía: entra mucha energía pero se gasta manteniendo una gran cantidad de biomasa. La selva tropical tiene una producción muy alta pero una productividad cercana al 0 En las explotaciones agrícolas, el ser humano extrae del ecosistema una gran parte o la totalidad de la biomasa al final de la temporada. Esto disminuye los gastos por respiración y un aumento de la productividad. Sin embargo debe reponerse al suelo la materia extraída. Eduardo Gómez La Ecosfera

Tiempo de renovación = B / PN Es el tiempo que tarda un nivel trófico, o un ecosistema completo, en renovar su biomasa. Tiempo de renovación = B / PN Mide el tiempo de permanencia de los elementos químicos dentro de las estructuras biológicas del ecosistema. Los productores pueden presentas dos estrategias en relación a su tr: Especies rápidas. Son pequeños, de estructura y morfología simple, y con una tasa de reproducción alta. Fitoplancton Especies lentas. Son de gran tamaño, estructura y morfología compleja, y una tasa de reproducción muy baja. Bosques de encinas. En los ecosistemas suelen estar presentes ambos tipos para asegurar un aporte energético suficiente al ecosistema. En un lago suele haber fitoplancton y algas más lentas. En un encinar hay también un estrato herbáceo Eduardo Gómez La Ecosfera

energía asimilada/ energía solar incidente Eficiencia biológica Mide el rendimiento energético de un nivel trófico o de un ecosistema completo, es decir, la capacidad de incorporar materia orgánica a sus tejidos. Indica cuanta energía entra, se pierde o se acumula en cada nivel trófico o en un ecosistema completo. Se calcula mediante entradas y salidas: PRODUCTORES: Se puede medir mediante la relación: energía asimilada/ energía solar incidente Los valores son muy bajos entre el 1 y 3 %. También se puede medir la relación eficiencia : PN/PB. Así se calculan las pérdidas por respiración, excreción,... En el fitoplancton supone del 10 al 40 %. En vegetales terrestres el 50% CONSUMIDORES: Se suele usar la relación: PN/alimento ingerido o Engorde/ alimento ingerido. Eduardo Gómez La Ecosfera

Eficiencia ecológica = PN / PN del nivel anterior .100 Las medidas de eficiencia son interesantes para valorar los ecosistemas explotados por el ser humano, siempre que se contabilicen correctamente las entradas y salidas del sistema, especialmente los INSUMOS: costes de: combustibles de las máquinas, gastos en semillas especiales, administración, vacunación. La eficiencia puede mejorarse en la producción de alimentos acortando las cadenas tróficas. Así se aprovecha más energía que entra en el ecosistemas y se puede alimentar a mayor cantidad de individuos. Eficiencia ecológica = PN / PN del nivel anterior .100 Eduardo Gómez La Ecosfera

Bioacumulación Acumulación de sustancias tóxicas :metales pesados (cadmio , mercurio ,plomo ,etc) o de compuesto orgánicos sintéticos , en organismos vivos , en concentraciones cada vez mayores y superiores a las registradas en el medio ambiente. Ocurre cuando las sutancias ingeridas no pueden ser descompuestas o excretadas DDT , mercurio ,etc Eduardo Gómez La Ecosfera

Eduardo Gómez La Ecosfera

Pirámides ecológicas Son esquemas que se utilizan para representar cuantitativamente las relaciones tróficas entre los distintos niveles de un ecosistema. Se utilizan barras superpuestas que suelen tener una altura constante y una longitud proporcional al parámetro elegido, de manera que el área representada es proporcional al valor del parámetro que se mide. El nivel DESCOMPONEDORES no se suele representar, ya que es difícil de cuantificar. Se suelen usar tres tipos de pirámides: Pirámides de energía, Pirámides de biomasa Pirámides de números. Eduardo Gómez La Ecosfera

PIRÁMIDES DE ENERGÍA Expresa el contenido energético que cada nivel trófico pone a disposición del nivel superior, es decir la producción neta de cada nivel. También se llaman PIRÁMIDES DE PRODUCCIÓN. Las unidades se suelen expresar en: Energía (Kcal o Kjul) / unidad de superficie. Unidad de Tiempo Siempre tendrá forma decreciente hacia arriba por la Ley del 10% Proporciona información sobre el FLUJO ENERGÉTICO Eduardo Gómez La Ecosfera

PIRÁMIDES DE BIOMASA Indican la biomasa acumulada en cada nivel trófico, expresada en: peso seco de materia orgánica / unidad de superficie o volumen o su equivalente en: energía/ unidad de superficie o volumen. Estas pirámides se refieren a periodos de tiempo corto por lo que no informan sobre la cantidad de materia producida a lo largo del tiempo o de su velocidad de producción. Eduardo Gómez La Ecosfera

Esto puede inducir a que en algunos momentos se observen PIRÁMIDES INVERTIDAS debido a que los datos se toman en un momento determinado, por ejemplo cuando los datos se toman en el momento de mayor consumo por parte de los herbívoros, como en algunos ecosistemas marinos. Proporciona información sobre LA CANTIDAD DE MATERIA ORGÁNICA PRESENTE EN CADA NIVEL TRÓFICO y sobre LA COMPOSICIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL ECOSISTEMA. Eduardo Gómez La Ecosfera

PIRÁMIDES DE NÚMEROS Expresan el nº concreto de individuos de cada nivel trófico por unidad de superficie o volumen. La información que proporcionan NO ES UTIL SI SE QUIEREN COMPARAR DOS ECOSISTEMAS ya que considera igual a organismos muy diferentes. ( saltamontes y vacas). En el caso de que incluyan parásitos puede dar una forma INVERTIDA. Eduardo Gómez La Ecosfera

Factores limitantes de la producción primaria Producción primaria : es la energía fijada por los organismos productores que constituyen la base de las cadenas tróficas Ley de mínimo (Liebig) : el crecimiento de una especie vegetal se ve limitado por un único elemento que se encuentra en cantidad inferior a la mínima necesaria y actua como factor limitante Eduardo Gómez La Ecosfera

Factores limitantes HUMEDAD TEMPERATURA FALTA DE NUTRIENTES AUSENCIA DE LUZ Eduardo Gómez La Ecosfera

TEMPERATURA Y HUMEDAD Son factores limitantes en los ecosistemas continentales En general al aumentar Tª y humedad aumenta la eficiencia fotosintética, pero existen limitaciones: Incremento brusco de la Tª = Disminución brusca de la P.primaria= Desnaturalización de las enzimas fotosintéticas Altas temperaturas no extremas (clima cálido, tropical o desértico) también provocan descensos de la P.primaria = Incremento de la fotorrespiración

RuBisCO (Ribulosa 1,5 bifosfato carboxilasa-oxigenasa) es la enzima que cataliza la fijación del CO2 en la primera reacción de la fase oscura de la fotosíntesis (Ciclo de Calvin). Esta función carboxilasa lleva a la producción de materia orgánica. Pero también puede catalizar la unión de oxígeno, en una vía alternativa que no conduce ni a la fabricación de materia orgánica ni de energía: la fotorrespiración.

RuBisCO en su función carboxilasa

RuBisCO en su función carboxilasa (arriba) y oxigenasa (abajo)

La fotorrespiración supone una disminución en la eficiencia fotosintética y una bajada en la producción primaria de un 30 a un 50%. El que RuBisCO elija uno u otro camino depende de la concentración de O2 y CO2 que haya en el interior de la célula fotosintética: Si la concentración es similar a la atmosférica, la “normal”(21% de oxígeno, 0.003% de CO2, la enzima sigue la vía fotosintética Si la concentración de O2 es superior al 21% y/o la de CO2 desciende por debajo de 0.003% se induce el camino anormal de la fotorrespiración. SE COMSUME OSÍXENO y SE DESPRENDE CO2

Plantas C4 y CAM Plantas C4 Plantas C3 Climas secos y calurosos Las plantas toman el CO2 y liberan el O2 a través de los estomas de las hojas. En condiciones de altas Tª pierden mucho vapor de agua y deben cerrarlos, de modo que las concentraciones normales de los gases se alteran y la fotorrespiración se dispara, disminuyendo notablemente la eficiencia fotosintética. Rutas metabólicas de las plantas Plantas C3 Mayoría de las plantas 85% Plantas C4 Climas secos y calurosos 14% Plantas C4 y CAM Climas desérticos 1%

Las plantas C4 (maíz, sorgo, mijo… Las plantas C4 (maíz, sorgo, mijo….)presentan una adaptación para evitar el problema de la fotorrespiración : una vía alternativa de fijación del CO2 con otro enzima (PEPcarboxilasa), que une el gas al PEP que pasa a la célula fotosintética donde continua el proceso fotosintético. Son plantas muy interesantes desde el punto de vista de la agricultura (Pmáxima = 60-80t/ha.año, frente a las C3 10-30 t/ ha.año)

Las plantas de los desiertos, cactus o crasuláceas, además de ser C4 presentan un ciclo metabólico en el que fijan el CO2 por la noche, y cierran los estomas por el día (CAM o metabolismo ácido de las crasuláceas). Además presentan adaptaciones morfológicas para evitar la pérdida de agua: hojas reducidas, tallos carnosos,…

TEMPERATURA Y HUMEDAD Si las temperaturas son muy bajas durante una época del año, las adaptaciones más frecuentes consisten en: Ciclos biológicos anuales Desarrollo de estructuras hibernantes (bulbos, tubérculos, rizomas) Alternancia de periodos de máximo desarrollo de hojas y flores con épocas de mínima actividad metabólica o periodo latente

NUTRIENTES La presencia de éstos está supeditada a sus ciclos de reciclado, y por tanto a energías externas. CO2: es esencial pero no limitante muy abundante en atmósfera y disuelto en agua Nitroxéno : Muy abundante en la atmósfera; los organismos fijadores de N2 aseguran la presencia de sus sales en suelo y agua Fósforo: Las sales de fósforo suelen ser el principal factor limitante pues a pesar de su abundancia la mayor parte está inmovilizada en la litosfera

Ecosistemas terrestres NUTRIENTES Gran distancia entre productores y descomponedores. Alto gasto de energía exosomática: Zonas de afloramiento y plataformas continentales Ecosistemas marinos Distancia mínima entre productores y descomponedores Bajo gasto de energía exosomática en el reciclaje Ecosistemas terrestres

LUZ: DISPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS FOTOSISTEMAS Al aumentar la luminosidad incidente, en ausencia de otro factor limitante, la actividad fotosintética también aumenta, pero pronto se satura. La disposición de las unidades fotosintéticas en los cloroplastos hacen que se den sombra unas a otras respecto a la luz incidente; idem con las hojas de una planta. La estructura de las unidades o fotosistemas, que contienen no solo clorofila (molécula responsable de la transformación de la energía luminosa en química) sino otros pigmentos fotosintéticos en proporción 300/1.

LUZ: DISPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS FOTOSISTEMAS A partir de una determinada intensidad luminosa los fotosistemas se saturan pues la clorofila o centro de reacción actua como cuello de botella.

LUZ: DISPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS FOTOSISTEMAS La naturaleza ha diseñado la conversión de la energía luminosa en química para que haya el mínimo indispensable para mantener los ecosistemas, no más. El uso de plaguicidas, abonos, más agua, etc, en los cultivos no aumentará la producción primaria más allá de su máximo natural. Pueden mantenerse condiciones óptimas en invernaderos.

Ciclos biogeoquímicos Los elementos más importantes que forman parte de la materia viva están presentes en la atmósfera, hidrosfera y geosfera y son incorporados por los seres vivos a sus tejidos. De esta manera, siguen un ciclo biogeoquímico que tiene una zona abiótica y una zona biótica. La primera suele contener grandes cantidades de elementos biogeoquímicos pero el flujo de los mismos es lento, tienen largos tiempos de residencia. En la parte biótica del ciclo, el flujo es rápido pero hay poca cantidad de tales sustancias formando parte de los seres vivos. Eduardo Gómez La Ecosfera

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS suelo-rocas-minerales Los diferentes elementos químicos pasan del suelo, el agua o el aire a los organismos y de unos seres vivos a otros, hasta que vuelven, cerrándose el ciclo, al suelo o al agua o al aire.  CICLOS BIOGEOQUÍMICOS GASEOSOS atmósfera – océanos SEDIMENTARIOS suelo-rocas-minerales

Biomasa vegetal y animal Detritos/materia orgánica del suelo Ciclo del Carbono Atmósfera Biomasa vegetal y animal Detritos/materia orgánica del suelo Eduardo Gómez La Ecosfera

Eduardo Gómez La Ecosfera

Ciclo del fósforo Completamente sedimentario Desconocido en la atmósfera Reservorios en rocas y depósitos naturales de fosfatos Eduardo Gómez La Ecosfera

Ciclo del Nitrógeno Nitrógeno Componente esencial de las proteínas y de la atmósfera Estado gaseoso(N2) Debe fijarse para su utilización Acción química de alta energía Biológico Bacterias fijadoras de nitrógeno Radiación cósmica Relámpagos y rayos

El Dióxido de azufre(SO2)es un contaminante atmosférico Ciclo del azufre El azufre disuelto proviene del desgate de las rocas, de la erosión y de la descomposición de la materia orgánica El azufre gaseoso tiene como fuentes la descomposición de la materia orgánica, la emisión de DMS por algas de los océanos y las erupciones volcánicas El Dióxido de azufre(SO2)es un contaminante atmosférico Eduardo Gómez La Ecosfera