SESION 1996-2

SESIÓN 2002-2
CICLOS DE NUTRIENTES
En la clase anterior se destacó la importancia de las "plantas verdes" en la etapa inicial de toda
cadena trófica a través de la transformación de la energía lumínica en energía química, representada
por la molécula fundamental de glucosa, su transformación en otros metabolitos y su "transferencia
imperfecta" a los eslabones siguientes de la cadena.
Pero, además de los elementos químicos que constituyen a la glucosa, derivada ésta del C, O e H, a
partir de la combinación de CO2 con H2O, los seres vivos requieren de otros elementos, sean éstos
macro o micronutrientes, los que incluso suelen formar parte de las enzimas indispensables para que el
propio proceso fotosintético tenga lugar.
A continuación estudiaremos algunos ejemplos de cada uno de los siguientes ciclos:
- Ciclo hidrológico: basado en el compuesto H2O
- Ciclos biogeoquímicos, los que a su vez se diferencian en:
- Ciclos gaseosos (atmosféricos), como es el caso de los del C y N,
- Ciclos sedimentarios (litosféricos), como es el caso de los del P, Ca, K y
- Ciclos mixtos (gaseoso-sedimentarios), como es el caso de los del S y Cl.
Mientras que los gaseosos son considerablemente estables, los sedimentarios pueden experimentar
pérdidas significativas por migración temporal, como suele ocurrir en los sedimentos oceánicos.
CICLO DEL AGUA
Es el compuesto más trascendente para todos los procesos físicos, químicos y biológicos que hacen
posible la existencia de seres vivos en nuestro planeta.
Importancia de las tasas de Precipitación y Evapotranspiración en la caracterización del
ecosistema: desierto, bosque, lago.
Importancia del agua en la biocenosis:
- El agua representa en peso el componente más importante de la biocenosis, equivalente de 60 a
95% de los tejidos vivos.
- Juega roles determinantes en:
Nutrición: transporte y ósmosis de solutos y metabolitos
Turgencia e intercambio gaseoso
Constitución protoplasmática
Participación directa en procesos bioquímicos tan importantes como la fotosíntesis.
Aproximadamente 99% del agua incorporada a la biomasa es transpirada y para elaborar 1 g de MS se
requiere de 300 a 500 g de agua.
Procesos que participan en el ciclo hidrológico:
Evaporación: 87% en los océanos y 13% en los continentes.
Transporte: masas de aire húmedo tropical transportadas por la acción del viento a mayores
latitudes.
Condensación: disminución de las temperaturas.
Precipitación: aumento del tamaño y peso de las partículas de agua y caída gravitacional.
Escurrimiento e infiltración: permite su devolución de continentes a océanos.
1
Figura 1. Ciclo del agua en la biósfera, cuyos reservorios y tasas de transferencia están expresados en
km3 · 103. Adaptado de Barbault y Duvigneaud, 1980.
Si bien es cierto que la mayor parte de las plantas satisfacen sus requerimientos hídricos,
utilizando el agua en forma líquida por medio de sus raíces, algunas especies MAC (CAM), como
ocurre en Chile con representantes del género Tillandsia, (calachunca, el clavel del aire, la barba de
viejo o "Spanish moss"), generalmente lo hacen a través de su forma gaseosa por vía foliar.
La actividad antrópica , a través del agotamiento de la materia orgánica del suelo y de la progresiva
compactación de éste, ha contribuido a disminuir su infiltración, pero, en cambio, a aumentar el
escurrimiento superficial, favoreciéndose con ello la erosión.
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Como ya se señalara, los ciclos de los elementos esenciales o ciclos biogeoquímicos pueden ser:
gaseosos (atmosféricos), sedimentarios (litosféricos) y mixtos (atmosférico-litosféricos). En todos ellos el
agua tiene una participación fundamental.
Los elementos de mayor importancia biológica y sus funciones se detallan en el siguiente cuadro:
CUADRO 2.1. ELEMENTOS MAS IMPORTANTES EN LA BIOLOGIA DE PLANTAS Y
ANIMALES Y PROCESOS EN QUE PREFERENTEMENTE INTERVIENEN.
(Adaptado de Smith, 1992)
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Elemento
Proceso o utilización
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------C - Átomo indispensable de todo tejido vivo. Junto con O e H, constituye la mayor proporción de
los tejidos vivos.
N - Componente de todas las proteínas, aminoácidos y ácidos nucleicos.
O - Necesario para los procesos de oxidación.
S
- Constituyente básico de algunas proteínas.
Ca - Es indispensable para muchas relaciones ácido-básicas de los procesos biológicos animales.
Permite la rigidez del esqueleto de los vertebrados, exoesqueleto de artrópodos y conchas de
moluscos. En los vegetales participa en la cementación de las células y el crecimiento de los
extremos radicales.
P
- Componente de proteínas y de muchas enzimas. Participación fundamental en la transferencia
energética.
Mg - Integrante de la clorofila y de enzimas tanto en vegetales como animales.
K
- Formación de almidones y azúcares en las plantas. Síntesis de proteínas, división celular y
metabolismo de los carbohidratos en los animales.
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Na y Cl - Indispensable para los vertebrados: balance ácido-básico, presión osmótica de los fluidos
extracelulares, formación y flujo de secreciones gastro-intestinales.
Fe - Fijación del N y fotosíntesis. Transporte de electrones. Constituyente de las proteínas que
activan y transportan oxígeno en la sangre.
Zn - Formación de auxinas inductoras de crecimiento en plantas. Componente de enzimas vegetales
y animales.
Cu - Interviene en las tasas de fotosíntesis, reacciones de óxido-reducción y en la activación de
enzimas.
Mo - Catalizador en la transformación del N gaseoso en formas aprovechables a través de algas azulverdes y bacterias fijadoras de N.
I
- Necesario para el metabolismo de la tiroides.
B
- Esencial para numerosas funciones de las plantas, incluyendo el metabolismo de carbohidratos
y del agua y la traslocación de azúcares.
Si - Requerido para las estructuras de soporte de poáceas y diatomeas. Inducción de resistencia a
bacteria y hongos patógenos.
Se - Requerido para la actividad de la vitamina E en rumiantes.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Altas demandas de N y P
Bajas necesidades de Zn y Mo (enzimas)
Especificidad de Na
Las proporciones medias en que los elementos esenciales son requeridos por las plantas superiores se
indican en el cuadro 2.2.
CUADRO 2.2. PROPORCIONES MEDIAS EN QUE LOS ELEMENTOS ESENCIALES SON
REQUERIDOS POR LAS PLANTAS SUPERIORES
(Adaptado de Salisbury y Ross, 1969 )
Nivel
Elemento
Símbolo
Forma disponible
para las plantas1
Concentración media
(ppm)
Oxígeno
Carbono
Hidrógeno
Nitrógeno
Potasio
Calcio
Magnesio
Fósforo
Azufre
O
C
H
N
K
Ca
Mg
P
S
O2, H2O
CO2
H2O
NO3-, NH4+
K+
Ca++
Mg++
H2PO4-, HPO4-SO4--
450.000
450.000
60.000
15.000
10.000
5.000
2.000
2.000
1.000
Macronutrientes
Micronutrientes
1
Cloro
Cl
Cl+++
Fierro
Fe
Fe , Fe++
Manganeso
Mn
Mn++
Boro
B
BO3---, B4O7-Zinc
Zn
Zn++
Cobre
Cu
Cu++, Cu+
Molibdeno
Mo
Mo4-Las formas más comunes están destacadas en negritas.
100
100
50
20
20
6
0,1
Ejemplos de ciclos gaseosos:
El ciclo del C: Como elemento propiamente tal el C representa el 49 % del peso de la biomasa seca, por
lo cual se le considera un elemento biógeno por excelencia (Fischeser et Dupuis Tate, 1996), del
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momento que su ciclo se sustenta en su liberación a través del proceso respiratorio de la biocenosis y
su captura a través de la fotosíntesis de la fitocenosis autótrofa.
A pesar de considerársele un ciclo eminentemente gaseoso, cabe señalar que el principal reservorio de
C consiste en rocas sedimentarias y sedimentos en general. Cuando la materia orgánica se descompone
en ausencia de oxígeno, el carbón no se libera en forma gaseosa, sino que queda incorporado a las
sustancias orgánicas como humus, turba, carbón y petróleo.
Su ciclo se desarrolla con mayor lentitud que el del agua y no obstante las pérdidas producidas en su
transferencia, es perfecto. Está muy estrechamente ligado al ciclo energético, al extremo que la
productividad usualmente se expresa en términos de la cantidad de C fijado por m2/año.
Figura 2. Ciclo funcional del carbono
La tasa de reciclaje del C fijado en la biocenosis, depende de las condiciones climáticas relativas a
humedad atmosférica, precipitación y temperatura así como de las características de la vegetación. La
selva tropical recicla más rápidamente el C que los pastizales templados, donde puede permanecer por
varios años retenido en forma de humus incorporado al suelo.
En la atmósfera, el CO2 tiene concentraciones de 0,03 a 0,04 y en los océanos de 1,5% que
representa a 35 x 1012 Ton, lo que permite que éstos ejerzan una acción reguladora en el balance
océano-atmósfera:
CO2 (atmósfera)  CO2 + H2O (océanos)  H2CO3  HCO3- + H+  CO-- + H+
Impacto antrópico:
- Combustión incompleta de combustibles fósiles
- Liberación deCO2 por oxidación del humus en la remoción de suelos para la agricultura
- Reducción de la vegetación especialmente leñosa alta: < consumo de CO2 y producción de O2
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En los últimos 30 años se ha registrado un 25% de incremento de CO 2 en la atmósfera, provocando
el llamado "Efecto invernadero" y cambiando la tendencia de la relación O 2/CO2 que por efecto de la
proliferación de especies productoras había favorecido la producción de O 2 en el transcurso de las
últimas eras geológicas.
Hasta ahora, los océanos han absorbido cerca del 50% del excedente de CO 2 de origen antrópico, pero
hasta cuando serán éstos capaces de mantener esta acción reguladora?
Los ciclos más afectados por el hombre son los del H 2O y del CO2.
BIBLIOGRAFÍA:
BARBAULT, R. 1983
FISCHESSER et DUPUIS-TATE, 1996.
KORMONDY, E. J. 1962
ODUM, E. P. 1972
SALISBURY, F.B., and ROSS, C. 1969
SMITH, R. L. 1992
CUESTIONARIO
 A través de qué actividades antrópicas los ciclos del CO 2 y del H2O han sido seriamente
modificados?
 A qué se debe que los continentes reciban mayores precipitaciones que los océanos por unidad de
superficie? y de ser ésto cierto, cómo se equilibra el balance hídrico entre continentes y océanos?
 Cuales son los principales elementos constitutivos de las proteínas?
 De qué manera la reducción de la fitomasa planetario está afectando el balance O 2 /CO2?
Verdadera
X
Falsa
X
X
X
X
X
X
X
Sentencia
Los elementos nutritivos con ciclo gaseoso son más estables que los con ciclo geológico.
Los océanos reciben mayores precipitaciones que los continentes por unidad de área.
El agua representa hasta el 95% del peso seco de los organismos.
Las higrófitas satisfacen sus exigencias hídricas por absorción foliar.
El carbono es el principal elemento constitutivo de los tejidos vivos.
La cantidad de C fijado por unidad de superficie por año puede expresar productividad.
Los aceános son importantes reguladores del nivel de CO2 atmosférico
La tasa de reciclaje del C es mayor en las praderas de gramíneas que en las selvas.
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