Tema 6. La vida sobre tierra firme. Los ecosistemas terrestres

LA ECOLOGÍA ANTE EL SIGLO XXI
AULA SENIOR. Curso Académico 2012-2013
Departamento de Ecología e Hidrología
Tema 6. La vida sobre tierra firme.
Los ecosistemas terrestres: organización
y estructura
Profesora: Concepción Marcos
Superficie de agua
agua, tierra y principales usos en los ecosistemas
terrestres. (Datos de usos del territorio de 1989, FAO Production
Yearbook, 1990).
Area
(millones de Km2)
Superficie terrestre total
Océanos
Aguas dulces
Tierra
Cultivos
Pastos
Bosques y s. forestales
Otras tierras*
510
376
3
131
Porcentaje
del total
Porcentaje de la
superficie
emergida
74%
<1%
26%
14,8
33,0
40,9
42,1
*Incluye los hielos, la tundra, los desiertos y las ciudades
11%
25%
31%
32%
Organización del ecosistema
S l
Sol
Productores p
primarios
Herbívoros
detritos
carnívoros
Bacterias/
descomponedores
p
Carnívoros de 2º orden
Detritívoros
Ciclo de la materia
ECOSISTEMA
BIOTOPO
RELACIONES
ENTRE
SERES VIVOS
Y MEDIO
BIOCENOSIS
ECOSISTEMAS TERRESTRES
•
HAY UNA GRAN VARIABILIDAD TANTO ESPACIAL COMO TEMPORAL DE LOS
FACTORES FÍSICO-QUÍMICOS (Y , EN CONSECUENCIA, DE LAS COMUNIDADES O
POBLAMIENTOS)
ASPECTOS DIFERENCIADORES:
• AGUA O HUMEDAD COMO FACTORES LIMITANTES (EVITAR LA
DESHIDRATACIÓN)
• FLUCTUACIONES Y VALORES EXTREMOS DE TEMPERATURA MÁS FRECUENTES
Y PRONUNCIADOS
• RÁPIDA CIRCULACIÓN DEL AIRE A TRAVÉS DEL GLOBO. MEZCLA FÁCIL Y
CONSTANTE DEL O2 Y CO2. NO LLEGAN A FORMARSE CAPAS ANÓXICAS
• EXISTENCIA DE BARRERAS GEOGRÁFICAS
• ATMÓSFERA TERRESTRE MENOS DENSA (LIMITACIONES A LA VIDA Y AL
TRANSPORTE SUSPENDIDO). DEPENDENCIA MAYOR DEL SUELO O SUSTRATO
COMO SOPORTE FÍSICO
• DESARROLLO DE MECANISMOS ESPECIALES PARA LA DISPERSIÓN DE
INDIVIDUOS (YA QUE EL VIENTO Y LA ATMÓSFERA RESULTAN MENOS
EFECTIVOS QUE EL AGUA Y LAS CORRIENTES OCEÁNICAS)
La radiación solar es la única fuente de energía (recurso energético) que las
plantas verdes pueden utilizar para sus actividades metabólicas.
La energía radiante llega hasta la planta en forma de flujo de radiación procedente del sol,
ya sea de modo directo, tras difusión por la atmósfera, o reflejada o transmitida por otros
objetos.
Cuando una hoja intercepta energía radiante, esta puede ser reflejada, transmitida o
absorbida. Tan sólo una reducida fracción llega hasta los cloroplastos y activa el proceso de
la fotosíntesis.
Esta energía es convertida durante la fotosíntesis en compuestos químicos de carbono,
ricos en energía, que más tarde serán desdoblados en la respiración (ya sea de la propia
planta o por los organismos que se alimentan de ella o la descomponen).
La radiación solar es un recurso continuo – un espectro de diferentes longitudes de
onda- pero el aparato fotosintético sólo es capaz de acceder a la energía de una
banda restringida de dicho espectro.
Los pigmentos clorofílicos fijan la radiación en la banda de ondas comprendidas
entre 380 y 710 nm
nm. Esta es la banda de radiación fotosintéticamente activa (PAR
(PAR,
RFA). Tan sólo un 44% aproximadamente de la radiación solar total que incide
sobre la superficie de la Tierra a nivel del mar se halla en esta banda, el resto no
puede ser usado por las plantas
como recurso energético.
Por consiguiente, la naturaleza del
sistema clorofílico establece una
limitación básica de la actividad de
las plantas verdes. A su vez, esto
limita la energía que fluye desde las
plantas verdes hacia el conjunto del
ecosistema.
Se conoce como producción primaria neta la diferencia entre la fotosíntesis y la
respiración.
La producción neta es negativa en la oscuridad, ya que la respiración es superior a
la fotosíntesis.
Hay un punto en el que la fotosíntesis compensa exactamente a la respiración: el
punto de compensación.
Durante un día claro y soleado
soleado, una hoja
expuesta a la luz puede ser incapaz de
aprovechar una alta proporción de la radiación
incidente:
-la intensidad luminosa será óptima cuando la
radiación incida sobre la hoja con un ángulo de
90º
-las hojas pueden estar superpuestas,
formando varias capas. Cada estrato, cada
planta y cada hoja interceptan la luz y crean así
una zona de privación del recurso (ZPR).
-la tasa de fotosíntesis de una hoja depende
también de lo que exigen de ella otras partes de
la planta.
Atenuación de la radiación solar que incide en distintas comunidades vegetales: a) bosque, b) pastizal
TIPO DE ECOSISTEMA
ISF
BOSQUE TROPICAL LLUVIOSO
6 a 10
BOSQUE DE CONÍFERAS
2a4
BOSQUE TEMPLADO CADUCIFOLIO
3a5
El índice de superficie foliar (ISF) mide la superficie de hojas por unidad de superficie de suelo.
La mayor eficacia de utilización de la luz que se ha encontrado en las
plantas es del 3
3-4,5%
4 5% en microalgas marinas cultivadas a intensidades
luminosas bastante bajas, en los bosques tropicales los valores son
de 1-3’5, y en los bosques de zonas templadas de 0’6-1’2%. La eficacia
aproximada de los campos de las zonas templadas es de un 0’6%
’ %
De tales niveles de utilización de la luz como recurso depende la
energética de todos los ecosistemas.
ecosistemas
Eficacia en la utilización de la luz:
3 4’5%
3-4
5%
1 3’5%
1-3
5%
0’6
0
6-1
1’2%
2%
0’6%
0
6%
La mayoría de las hojas están sometidas a un régimen de luz que varía a lo largo del día y del año,
y en un medio ambiente con otras hojas que modifican la calidad y cantidad de luz recibida.
Esto ilustra dos propiedades importantes de todos los recursos: su provisión puede variar de modo
sistemático y no sistemático. Las formas en que un organismo reacciona ante al abastecimiento
sistemático (predecible) o no sistemático (impredecible) de un recurso refleja su fisiología actual y su
evolución anterior
anterior.
Podemos decir que los elementos sistemáticos de la variación de la intensidad luminosa son los
ritmos diarios y anuales de la radiación solar.
Para hacer una planta se necesita algo más que luz, CO2 y agua, se requieren también
recursos minerales o nutrientes: macronutrientes (aquellos necesarios en cantidades
relativamente elevadas (N,
(N P
P, Na
Na, S
S, K
K, Ca
Ca, Mg y Fe)) y micronutrientes (Mn
(Mn, Zn
Zn, Cu y Bo)
Bo).
Cada elemento penetra en la planta de forma independiente, como ión o como molécula, y
cada uno tiene sus propiedades características de absorción del suelo y de difusión que
afectan a su capacidad de acceso a la planta
planta.
Además, diversas especies no utilizan los recursos minerales en la misma proporción, y
existen diferencias notables en la composición mineral de los tejidos de distintas especies y
entre las distintas partes de una misma planta
planta. Estas diferencias pueden desempeñar un
papel importante en la limitación de determinadas plantas a determinados tipos de suelos.
Entre el agua y los minerales del
suelo como recursos para las plantas
existen intensas interacciones.
Existen interacciones similares entre
los recursos minerales.
La mayoría de las plantas terrestres obtienen del suelo el agua que necesitan.
La cantidad de agua que éste contiene
contiene, y su disponibilidad para las plantas
plantas,
varía con su estructura física.
Potencial
hídrico atm
-Textura del suelo
100
- Potencial hídrico (fuerza que tienen que
10
vencer las raíces de las plantas para extraer el
agua del suelo)
1
AGUA
DISPONIBLE
0,1
- La mayoría de las plantas pueden ejercer
una tracción equivalente a una fuerza de
~15
15 atm
t sobre
b ell agua del
d l suelo.
l Nos
N
referimos al potencial hídrico de 15 atm
como el coeficiente de marchitamiento o
punto
t de
d marchitamiento
hit i t del
d l suelo.
l
-Capacidad de campo (cantidad de agua
retenida contra la gravedad por fuerzas de
atracción > 0,1 atm)
- La diferencia entre la capacidad de
campo y el coeficiente de marchitamiento
mide el agua disponible para las plantas.
0,01
10
20
30
40
50
Humedad del suelo %
Un factor importante para los organismos es la humedad relativa del ambiente aéreo,
que normalmente presenta una concentración de agua más baja que la de los propios
organismos.
Por ello, los organismos tienden a perder agua por evaporación y a través de la
excreción de los p
productos residuales,, pérdidas
p
q
que son contrarrestadas p
por el agua
g
obtenida a través del metabolismo, o la ingerida.
En la práctica, los efectos de la humedad relativa resultan difíciles de separar de los de
la temperatura
temperatura.
Además, la humedad relativa y la temperatura pueden actuar junto con la velocidad del
viento: el movimiento rápido del aire sobre una superficie de evaporación mantiene el
gradiente
di t d
de h
humedad
d d e iincrementa
t lla ttasa d
de evaporación.
ió
Finalmente, a menudo resulta imposible separar la humedad relativa de un medio
ambiente de la disponibilidad general de agua dentro del mismo. Ambas cosas tienen
una causa común y se combinan para caracterizar a un medio ambiente que exige
especializaciones en cuanto a la morfología, fisiología, comportamiento y ciclo vital.
Al examinar las relaciones entre los
organismos y la temperatura ambiental se
podría dividir a los organismos en dos tipos:
- Homeotermos: aquellos
q
q
que,, cuando la
temperatura ambiental varía, mantienen una
temperatura corporal aproximadamente
constante.
- Poiquilotermos: aquellos que, cuando la
temperatura ambiental varía, muestran una
temperatura corporal variable
variable.
O, de otro modo:
- Endotermos (aves y mamíferos), que
regulan su temperatura mediante la
producción de calor dentro del propio cuerpo.
- Ectotermos
E t t
( t
(otros
animales,
i l
plantas,
l t
hongos,..) que dependen de fuentes exteriores
de calor.
Casi todos los ectotermos modifican o moderan el calor intercambiando
con el medio a través de distintos mecanismos (algunos son propiedades
fijas de determinadas especies como las hojas reflectantes, lustrosas o
plateadas de muchas plantas de los desiertos, otros son respuestas de
comportamiento, o aspectos complejos de su fisiología).
A pesar de esto, la temperatura corporal de un ectotermo varía
significativamente con la de su ambiente por tres razones principales:
-el poder regulador de los ectotermos es muy limitado,
-dependen
p
de las existencia y el tipo
p de las fuentes exteriores de calor,,
-el grado en que un organismo regula su temperatura será un compromiso
entre los costes y los beneficios que implique.
Cuando la relación entre el crecimiento y/o el desarrollo y la temperatura es
efectivamente lineal, podemos hablar de un valor único muy útil: el número de
grados-día.
No se puede decir que los ectotermos necesiten un cierto tiempo para completar el
desarrollo, lo que necesitan es una combinación de tiempo y temperatura: tiempo
fisiológico.
Es importante
p
observar q
que la distribución g
global de las comunidades vegetales
g
y
los principales biomas puede ser explicada por los efectos combinados de la
temperatura y las precipitaciones anuales medias, o por los efectos combinados
de la temperatura y la humedad relativa.
Convergencia entre comunidades: Los biomas terrestres
nieves perpetuas
tundra
altura
taiga
bosque templado
bosque tropical
bosque tropical
bosque templado
taiga
tundra
casquete polar
latitud
En función de la latitud, la temperatura y las precipitaciones, en definitiva, de las
características básicas del clima,, podemos
p
dividir la tierra en zonas con elementos
semejantes. Un bioma, también llamado paisaje bioclimático, es una determinada
parte del planeta que comparte un clima, vegetación y fauna relacionados.
-Tundra: Presenta escasez de precipitaciones y un clima
muy frío, permaneciendo su suelo helado la mayor parte del
año (sólo en verano se descongela)
año,
descongela). Abundan los musgos y
líquenes. Se extiende principalmente por Siberia, Alaska,
Groenlandia, sur de Chile y Argentina y algunas zonas del
norte de la Antártida.
-Taiga: o bosque boreal esta caracterizado por las
formaciones boscosas de coníferas, siendo la mayor masa
forestal del planeta. Se sitúa principalmente en Siberia, norte
de Europa, norte de Canadá y Alaska, no existiendo en el
hemisferio sur. El clima es extremadamente frío y húmedo
con pocas precipitaciones
precipitaciones. El suelo está cubierto de nieve la
mayor parte del tiempo y el periodo favorable para la vida de
las plantas se reduce a cuatro meses.
- Bosques templados. Es un área boscosa asociada a
climas fríos. Tiene una pluviosidad intermedia entre las
sabanas y el bosque tropical y presenta estaciones bien
dif
diferenciadas.
i d
P
Pueden
d ser b
bosques d
de á
árboles
b l caducifolios
d if li
(pierden sus hojas en invierno) o perennes (mantienen la
hoja durante todo el año). En este último caso destacan los
bosques de coníferas que se explotan para extraer madera y
celulosa.
- Pradera: o estepa, se caracteriza por su clima templado
y contrastado entre el invierno (frío) y el verano (caluroso).
Se le considera el ecosistema de transición entre el
desierto y el bosque, suele aparecer en el interior de los
continentes y la mayoría han sido alteradas extensamente
y ahora son las principales regiones mundiales de
producción
d
ió d
de cereales.
l
L
Las praderas
d
principales
i i l se
extienden en la Pampa argentina, los Grandes llanos del
norte de América y Eurasia Central.
- Sabana: Generalmente son llanuras de clima tropical
donde las precipitaciones son mucho menores que en el
bosque tropical existiendo una estación seca y otra
lluviosa. En las sabanas abundan los matorrales, pastos y
existen
i t pocos árboles.
áb l
S
Son consideradas
id d zonas d
de
transición entre bosques y estepas. Las sabanas son
frecuentes en África (Serengueti, Ngorongoro) pero
también existen en otras zonas del planeta (sabana de San
Rafael en Venezuela).
- Bosque húmedo tropical. También recibe el nombre de
selva tropical. Se caracteriza por abundantes
precipitaciones,
i it i
altas
lt ttemperaturas
t
que se mantienen
ti
estables a lo largo del año (en torno a 25º C) y una gran
biodiversidad. Tienen también un gran interés desde el
punto de vista de la farmacología
p
g p
porque
q de ellas p
proceden
gran cantidad de medicinas naturales. El caso más
característico es la selva del Amazonas.
- Desiertos: Se caracterizan por la escasez de
lluvias, la escasez de vegetación y los drásticos
cambios de temperatura: los días son
tremendamente calurosos mientras que las
noches son muy frías. Destacan los desiertos de:
Sáh
Sáhara,
K
Kalahari,
l h i G
Gobi,
bi A
Arizona,
i
At
Atacama, etc.
t
CONVERGENCIA ENTRE COMUNIDADES
Un tipo de vegetación como el “maquis mediterráneo” puede ser encontrado
alrededor del mediterráneo pero también en California, Chile, Sudáfrica y sur de
Australia. Todas ellas son áreas con climas muy similares.
La similitud de las vegetaciones de pone de manifiesto en las fotografías aéreas o
con la simple observación visual. Sin embargo, la lista que un taxónomo puede
obtener de las especies existentes (incluso de las familias representadas) no
proporcionaría ninguna indicación de la similitud.
Estas similitudes han demostrado ser extraordinariamente difíciles de describir y
de medir. A menudo se trata de rasgos de la “arquitectura”
arquitectura de las diversas plantas
existentes, y estos rasgos no son fáciles de cuantificar.
Por ello se utilizan a menudo términos cualitativos, algo vagos, tales como
arbusto,
b t mata,
t monte
t bajo,
b j matorral,
t
l maleza,
l
etc.
t
Uno de los modos más simples de
clasificar las formas vegetales sin
tener en cuenta su sistemática,, es el
propuesto por el botánico danés
Raunkiaer (1934), teniendo en cuenta
la forma en que están dispuestos y
protegidos los meristemos en las
plantas.
Formas de vida de Raunkiaer: clasificación de las formas
vegetales según disposición y protección de los meristemos.
yemas
Formas de vida de Raunkiaer:
Fanerófitos:
(phaneros=visible) yemas
perennes por encima de los 25
cm. Árboles y arbustos > 25 cm
Climas cálidos y húmedos
Formas de vida de Raunkiaer:
Caméfitos: (chamia=en el suelo)
yemas perennes en la superficie del
suelo o hasta 25 cm
Climas fríos y secos
Formas de vida de Raunkiaer:
Criptófitos: (kryptos = escondido)
yemas perennes enterradas en el
suelo, en un bulbo, rizoma o
tubérculo. Protección hielo y sequías
Climas fríos y húmedos
Formas de vida de Raunkiaer:
Terófitos: (theros = verano)
plantas anuales con semillas
Tí i
Típicos
de
d d
desiertos
i t y pastos
t
Formas de vida de Raunkiaer:
Hemicriptófitos: (hemi=mitad
kryptos = escondido) yemas
perennes en la superficie del suelo.
Muchas desarrollan rosetas de hojas
Climas fríos y húmedos
Formas de vida de Raunkiaer:
Epífitos: (epi = sobre) plantas que
crecen sobre otras p
plantas. Raíces
aéreas
El hombre y los ecosistemas
terrestres
El hombre rompe el equilibrio del ajuste entre
las diferentes especies y el medio que las
alberga:
- Fragmentación de los paisajes
(metapoblaciones, extinción de especies)
- Alteración y destrucción de los hábitats
- Cambios en la estructura original de las
comunidades e introducción de especies
alóctonas.
ló t
Pé
Pérdida
did d
de Bi
Biodiversidad
di
id d
- Contaminación en general: térmica, por
hidrocarburos, productos tóxicos o bioacumulables,
plaguicidas, etc.
- Selección genética de variedades y razas
Ubicación de los bosques por regiones. Dos tercios de los bosques del
mundo están situados en sólo 10 países: la Federación de Rusia, Brasil,
Canadá Estados Unidos de América
Canadá,
América, China
China, Australia
Australia, la República
Democrática del Congo, Indonesia, Angola y Perú
Superficie forestal en porcentaje de la superficie terrestre del país
Variación anual neta de la superficie forestal por regiones, 1990-2000
FRAGMENTACIÓN
DE LOS HÁBITATS
Cambios medios en las condiciones climatológicas provocadas por la urbanización. A
partir de Landsberg
p
g ((1970),
) Horbert ((1978),
) Oke ((1980)) y Hobbs ((1980))
Elemento
Comparación con el
entorno rural
Radiación
Global
Ultravioleta, invierno
Ultravioleta, verano
Duración día-luz
2-10%
2
10% menos
30% menos
5% menos
5-15% menos
Temperatura
Media anual
Días de sol
Mayor diferencia nocturna
Velocidad del viento
Media anual
Sin viento
Humedad relativa
Invierno
Verano
Precipitaciones
Total
5-30% más
Nubosidad
Cielo cubierto
Niebla, invierno
Niebla, verano
5-10% más
100% más
30% más
Contaminación
Núcleos de condensación
Mezclas gaseosas
1-2ºC más
2-6º más
11ºC más
10-20% menos
5-20% más
2% menos
8-10% menos
10 veces más
5-25 veces más
DESTRUCCIÓN DEL HÁBITAT
CONTAMINACIÓN EN
GENERAL