3. Ciclo de materia y flujo de energía

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1 3. Ciclo de materia y flujo de energía
UT 4. SISTEMA BIOSFERA 3. Ciclo de materia y flujo de energía

2 3. Ciclo de la materia y flujo de energía
Los ecosistemas siguen unos principios de sostenibilidad natural: 1. Reciclar al máximo la materia → que se obtengan nutrientes, que estos no escapen a otros lugares (atmósfera o subsuelo) y que no se produzcan deshechos (no utilizables) 2. Utilizar la luz solar como fuente de energía

3 3.1. El reciclado de la materia.
3. Ciclo de la materia y flujo de energía 3.1. El reciclado de la materia. La materia orgánica es biodegradable, ya que puede ser degradada y transformada en materia inorgánica por los descomponedores. Gracias a ellos, la materia orgánica que cae al suelo se descompone, y transforma en sales minerales, que puede ser utilizada por los productores en la fotosíntesis. Así, la materia se recicla y no se pierde.

4 3.1. El reciclado de la materia.
3. Ciclo de la materia y flujo de energía 3.1. El reciclado de la materia. El ciclo de la materia tiende a ser cerrado (ciclo) aunque pueden escapar nutrientes por gasificación (a la atmósfera), lixiviado (al subsuelo), o enterramiento en condiciones anaerobias (al subsuelo), transformándose en combustibles fósiles.

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3.2. El flujo de la energía. La energía solar que entra en la cadena trófica mediante la fotosíntesis es transformada en energía química (de enlace) contenida en la materia orgánica. El flujo de la energía es abierto. El sentido de transferencia de la energía es unidireccional (flujo)

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3.2. El flujo de la energía El flujo de la energía va disminuyendo desde los productores hasta los consumidores (Regla del 10 %), porque la energía se degrada en la respiración y se desprende como calor (para el mantenimiento de las funciones vitales). Regla del 10 %: La energía que pasa de un eslabón a otro suele ser aproximadamenteel 10% de la acumulada en él.

7 La regla del 10% dice que la energía que pasa de un eslabón a otro es el 10% de la energía acumulada en él. (No es constante el %, suele ir aumentando hacia los últimos eslabones). Por eso hay pocos eslabones.

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3.2. El flujo de la energía. Esta disminución de la energía en las cadenas tróficas es lo que hace que el número de eslabones tróficos sea limitado. Como máximo suele haber 5

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3.2. El flujo de la energía 10-02 1ª Ley de la Termodinámica (conservación de la energía): Energía entrante = Energía almacenada + Energía saliente (solar o alimento) (materia orgánica) (calor)

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El ciclo de la materia tiende a ser cerrado. El flujo de energía es abierto.

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3.3. Parámetros tróficos. Parámetros tróficos → medidas utilizadas para evaluar la rentabilidad de : - niveles tróficos. - del ecosistema completo. Estudiaremos cinco parámetros: Biomasa (B). Producción (P). Productividad. (Tasa de renovación). Tiempo de renovación. Eficiencia. (Salidas/Entradas).

12 A. Biomasa. La cantidad de peso de materia orgánica (viva o muerta) de un nivel trófico o ecosistema. La materia orgánica puede estar: Viva: fitomasa (vegetal) y zoomasa (animal) Muerta: necromasa Constituye la manera que tiene la biosfera de almacenar la energía solar.

13 A. Biomasa. Se mide en kg, g o mg, aunque es frecuente expresarla en unidades de energía: 1 g de materia orgánica equivale a 4 ó 5 kcal. Puede medirse en referencia a un área o volumen. Se suele expresar de este modo: g C/cm2; kg C/m2; t C/ha; (1ha = 1 hm2). C = peso en Carbono orgánico (materia orgánica) por unidad de superficie o volumen.

14 B. Producción Representa la cantidad de energía que fluye por cada nivel trófico. Unidades: g C/m2·día; Kcal/ha·año; W/m2; kw/ha; 1 J (Julio)/s = 1 W (vatio) Puede ser: Producción primaria  Energía fijada por autótrofos. Producción secundaria  resto de niveles tróficos.

15 B. Producción. Ambos tipos de producción, a su vez, pueden ser:
Producción bruta (Pb): cantidad de energía fijada en cada nivel trófico por unidad de tiempo. Si nos referimos a los productores, este concepto representará el total fotosintetizado por día o año. Si nos referimos a los consumidores, este concepto representará la cantidad de alimento asimilado respecto al total ingerido después de restarle el alimento no asimilado (no utilizado), que es expulsado por las heces.

16 B. Producción. Producción neta (Pn): cantidad de energía almacenada en cada nivel trófico por cada unidad de tiempo. Representa el aumento de la biomasa por unidad de tiempo (descontando la respiración, R), que queda disponible para el siguiente nivel trófico. Pn = Pb – R (Respiración / mantenimiento)

17 Regla del 10%

18 C. Productividad. (Tasa de renovación).
Es la relación entre la producción neta y la biomasa. PRODUCTIVIDAD = Pn / B Pn: cantidad de energía almacenada por unidad de tiempo B (Biomasa): materia orgánica total Sirve para valorar la riqueza de un ecosistema o nivel trófico ya que representa la velocidad de renovación de la biomasa → también se llama Tasa de Renovación.

19 Es mayor cuanto más joven sea el organismo.
C. Productividad. (Tasa de renovación). Es mayor cuanto más joven sea el organismo. Sus unidades son: tiempo-1 Pneta (g/m2·día) / Biomasa (g/m2) = días-1 La productividad es mayor en una pradera que en una selva.

20 D. Tiempo de renovación. Período que tarda en renovarse un nivel trófico o sistema. Es la inversa de la productividad (Tasa de renovación). TIEMPO DE RENOVACIÓN = B / Pn TIEMPO DE RENOVACIÓN = 1/PRODUCTIVIDAD Sus unidades son: tiempo (días, años…)

21 E. Eficiencia Representa el rendimiento de un nivel trófico o ecosistema. Se calcula mediante el cociente de salidas/entradas. Podemos valorarla desde distintos puntos de vista: En productores, puede calcularse de dos formas: Para la producción bruta: Eficiencia = Pb (E asimilada)/E solar incidente Alcanza valores inferiores al 2% Para la producción neta, mide las pérdidas por respiración, y es mayor en los ecosistemas terrestres (>50%) que en los acuáticos (10-40%). Eficiencia = Pneta (E incorporada)/Pbruta (E total asimilada) Mide la cantidad de energía incorporada a cada nivel respecto al total asimilado.

22 E. Eficiencia. (Salidas/Entradas).
En consumidores se calcula: Eficiencia = Pneta /Alimento total ingerido. Sería equivalente al parámetro que se emplea en ganadería: engorde/alimento ingerido.

23 Eficiencia ecológica (%).
La Eficiencia ecológica es la fracción de la Pn de un determinado nivel trófico que se convierte en Pn del siguiente nivel. Eficiencia ecológica = (Pneta/Pneta (nivel anterior)) · 100 No se deben valorar sólo los resultados (ej. total cosecha), sino considerar todas las entradas de materia y energía (ej. abonos, energía para arar y cosechar…) es decir, los costes ocultos. Según el aprovechamiento energético y la regla del 10%, es más eficiente alimentarse de vegetales (primer nivel): se aprovecha más la energía y se puede alimentar a mayor número de individuos. (Aunque para una alimentación completa hacen falta 60 g proteínas/día, según la FAO).

24 3.4. Bioacumulación Proceso de acumulación de sustancias tóxicas (metales pesados o compuestos orgánicos sintéticos) en organismos vivos, en concentraciones cada vez mayores y superiores a las registradas en el medio ambiente. Las sustancias ingeridas no pueden ser descompuestas ni excretadas.

25 3.4. Bioacumulación. Actividad:
¿Por qué son los niveles tróficos superiores los más afectados por bioacumulación? Al vivir más tiempo, ingieren más cantidad. Al alimentarse de gran cantidad de individuos, ingieren todo el Hg que tenían todos esos individuos. El Hg no se puede excretar, se queda en los tejidos, y a partir de cierto nivel es tóxico.

26 Actividad: Comparación entre una pradera y un bosque tropical.
Ecosistema Producción bruta (PB) gC/m2 Biomasa (B) kgC/m2 Respiración (R; mantenim) gC/m2·día Producción neta (PB-R) gC/m2·día Productividad (PN/B) días -1 Pradera 4 2 (2.000g) 2 4-2=2 2/2000=0,001 Bosque tropical 6,5 18 (18.000g) 6 6,5-6=0,5 0,5/18000= 0, Es mucho mayor la producción neta de la pradera (2gC/m2·día), porque tiene que mantener menor cantidad de biomasa. La pradera tiene mayor productividad (0,001 días-1), lo que indica que su tiempo de renovación es menor (1000 días) que en el bosque (36000 días). Por eso supone menor deterioro aprovecharla para la alimentación que el bosque, que tardaría mucho más tiempo en recuperarse.