ECOSISTEMAS

ECOSISTEMAS
Sistema integral compuesto de una
comunidad biótica, su ambiente
abiótico y sus interacciones
dinámicas
Unidad de organización ecológica
Autótrofos
Producen materia orgánica a
partir de nutrientes y una fuente
de energía
Heterótrofos
Se alimentan de materia orgánica para obtener energía
Consumidores
Productores
Herbívoros
Plantas fotosintéticas
(Consumidores primarios)
Animales que se alimentan de
plantas
Utilizan clorofila para
absorber energía de la luz
Omnívoros
Carnívoros
Bacterias
fotosintéticas
Utilizan pigmentos para
absorber energía de la luz
Bacterias
quimiosintetizadoras
Utilizan químicos
inorgánicos ricos en
energía (p.ej., H2S)
Animales
(Consumidores
que sesecundarios)
alimentan de
Animales
plantas
queyse
animales
alimentan de
consumidores primarios
Carnívoros secundarios
(Consumidores terciarios)
Animales que se alimentan de
otros carnívoros
Parásitos
Plantas o animales que se
asocian a otras plantas o
animales y se alimentan de ellos
por un largo período
Detritívoros y
descomponedores
Descomponedores
Hongos y bacterias que
descomponen la materia
Detritívoros
primarios
Organismos que se
alimentan directamente de
detritos
Detritívoros
secundarios
Organismos que se
alimentan de detritívoros
primarios
Fotosíntesis
Límite del ecosistema
Respiración
Respiración
de plantas
Herbívoro
Sistema de
producción
primaria
Carnívoro
Respiración
Detritívoros
y
descomponedores
Input
Inmigración/
emigración
Nutrientes
disponibles
Superficie
del suelo
Output
Reflejada
por la
atmósfera
rgía
e
n
E
ar
sol ante
r
ent %)
0
(10
Reflejada
por las
nubes
Reflejada por
la superficie
de la tierra
Radiada al espacio
desde las nubes y
la atmósfera
Absorbida por la
atmósfera
Absorbida por las
nubes 3%
Conducción y
movimiento de aire 7%
Absorbida por la tierra
y los océanos
Radiada
al
espacio
desde la
tierra
Radiación
absorbida por
la atmósfera
Transportada a las
nubes y atmósfera
en forma de calor
latente en el vapor
de agua
Menos del 0,1% de la incidencia solar es capturada en el proceso de fotosíntesis
Productividad primaria
Eficiencia de
producción primaria
bruta
Productividad
primaria neta
(PPN)
=
Energía fijada por PPB
=
Productividad
primaria bruta –
(PPB)
Energía incidente
Respiración
por
autótrofos
(R)
kcal/m 2 /año
g/m 2 /año
Productividad es definida como la tasa a la cual la energía radiante
es fijada (PPB) o la materia orgánica es producida (PPN)
Biomasa es la cantidad de materia presente en un determinado
tiempo
Eficiencia de producción de distintas comunidades
Eficiencia de la PPB
Comunidades de
fitoplancton
< 0,5%
Plantas acuáticas
enraizadas y algas de
poca profundidad
> 0,5%
% Respirada
10 - 40%
2 - 3,5%
50 - 75%
Praderas y comunidades
herbáceas
1 - 2%
40 - 50%
Cultivos
< 1,5%
40 - 50%
Bosques
Porcentaje de eficiencia de la PPB
Variación de la eficiencia en relación a las
historias de vida
Productividad primaria neta (Mg C/ha/año)
FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA
EN MEDIOS TERRESTRES
Productividad primaria neta
INTENSIDAD DE LUZ
La fotosíntesis
balancea la pérdida
por respiración
Más allá del punto de saturación,
la luminosidad no afecta a la PPN
Punto de saturación
Punto de compensación
Intensidad de luz
Producción (g/m2/año)
PRECIPITACIÓN
Precipitación (mm)
Precipitación (mm/año)
EVAPOTRANSPIRACIÓN
Log10 PPN (g/m2)
NPP (MgC/ha/año)
TEMPERATURA
Log10 Evapotranspiración actual (mm/año)
Temperatura media anual (ºC)
(Cargill &Jefferies 1984)
NUTRIENTES
P es el segundo
limitante
NPP (g/m2/año)
300
N es el primer
limitante
200
Carex subspathacea
100
0
Control
c/P
c/N
c/P y N
Tratamiento
Ley del mínimo de Leibig: la biomasa o abundancia de una
especie está limitada por el recurso o factor más escaso
Justus von Liebig (1803–1873 )
Biomasa aérea acumulada (mg)
CO2
Biomasa aérea acumulada (mg)
Día del año
Larrea tridentata
Día del año
(Smith et al. 2000)
Productividad primaria en ambientes acuáticos
FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA
EN AMBIENTES ACUÁTICOS
Respiración
Producción bruta
Intensidad de luz
PPN
(medida como porcentaje de los
valores de superficie)
Profundidad (m)
LUZ
Contribución relativa al
carbono orgánico total
MATERIA ORGÁNICA
Materia orgánica alóctona
Pequeños
arroyos
Materia
orgánica
autóctona
Fitoplancton
Algas arraigadas
Macrófitas
Grandes ríos
(Mentzel & Ryther 1961)
NUTRIENTES
(Downing et al. 1999)
Efecto de consumidores primarios y nutrientes
(Gruner et al. 2008)
(Ritchie et al. 1998)
(Maron et al. 2006)
Flujo de materia y energía
Eficiencia de consumo =
Eficiencia de asimilación =
An
In
Eficiencia de producción =
Prod n
An
Eficiencia trófica =
Producción
de las
plantas
In
Prod n -1
Prod n
Prod n -1
Respiración
No
consumido
Heces
Producción de
herbívoros
detritos
Nivel trófico
Nivel trófico - 1
Producción al nivel trófico n
Ingestión al nivel trófico n
Asimilación al nivel trófico n
Energía obtenida del alimento 1000 J
Crecimiento 180 J
Heces 500 J
Respiración celular 320 J
Energía obtenida
del alimento 1000 J
Crecimiento 16 J
Heces 177 J
Respiración
celular 807 J
C. Elton (1927) observó que los depredadores tienden a ser más
grandes y menos numerosos que sus presas
“pirámide de números” o “pirámide Eltoniana”
Hipótesis de Elton: los depredadores deben se más grandes que las
presas para someterlas
Charles Elton
0 ,1
(1900-1991)
%
Cons.
Terc.
Pirámide ecológica
1%
10
10
La pirámide puede
representar números,
biomasa, energía
consumida por año,
etc.
%
Cons.
d.
Secun
s
midore
Consu ios
primar
0%
ctor
u
d
o
r
P
es
PIRÁMIDE DE NÚMERO
Aves
Insectos
predadores
Insectos
Plantas
Consumidores terciarios
Aves
Consumidores secundarios
Insectos
predadores
Consumidores primarios
Insectos
Productores
Árboles
Bosque templado (GBR):
abundancia/0.1 ha
Pastizal (USA):
abundancia/0.1 ha
PIRÁMIDE DE BIOMASA
Consumidores terciarios
Consumidores secundarios
Descomponedores
Pantanos de Florida (USA):
kcal/m2
Consumidores primarios
Zooplancton
Productores
Fitoplancton
Canal de la Mancha (GBR):
g/m2
Raymond Lindeman (1942) propuso la
hipótesis de la eficiencia energética o ecológica
La proporción de energía que pasa de un nivel trófico al
siguiente es baja (~ 5 - 30%)
Consumidores terciarios
Descomponedores
Consumidores secundarios
Consumidores primarios
Productores
Pantanos de Florida (USA):
kcal/m2/año
Biomasa de
consumidores
primarios
Biomasa de
productores
Biomasa de
consumidores
secundarios
Biomasa del primer nivel trófico
Calor
Digerido
Consumido
Energía para
la actividad
Crecimiento
No
digerido
Heces
Consumido
Calor
Biomasa del segundo Energía
nivel trófico
No consumido
No consumido
Para primer nivel trófico: detritívoros
Heces
Biomasa del
tercer nivel
trófico
Yodzis (1984) analizó 34 tramas tróficas para analizar la influencia
de la eficiencia de la energía en el largo de las cadenas tróficas.
Si la hipótesis fuera válida se esperaría que:
>
Invertebrados vs.
ectotermos
>
vertebrados
ectotermos
vs. vertebrados
endotermos
Jenkins et al. (1992) pusieron a prueba directamente la hipótesis de
eficiencia de conversión de energía
Si la eficiencia de transferencia de energía determina el largo de la cadena trófica,
entonces un gradiente de productividad debe causar una variación del largo de las
cadenas.
¿Qué determina el largo de las tramas troficas? ¿La energía disponible?
Utilizó baldes de plástico para simular agujeros de árboles llenos de agua con
diferente cantidad de detritos para generar un gradiente de productividad
Detritos al 100% del nivel natural (938 g/m2/año), 10% del nivel natural ,
1% del nivel natural.
Estudio seguido por 48 semanas
Agujeros naturales tienen una cadena trófica con 3 niveles:
Detritos - larvas de mosquitos - larvas de mosquita
depredadora - renacuajos
¿Cómo afecta el flujo de energía a la
estructura y funcionamiento de un
ecosistema?
Limita el largo de las cadenas tróficas
•
•
•
Raramente existen cadenas de más de 4-5
niveles tróficos;
No existe suficiente energía para niveles
más altos y probablemente los limita;
Incrementa la vulnerabilidad de los
carnívoros en el extremo de la cadena.
¿Qué otras propiedades del ecosistema pueden
ser afectadas por la variación en la estructura de
las tramas tróficas?
ESTABILIDAD DE LOS ECOSISTEMAS
•
Charles Elton: tramas tróficas más simples tendían a ser menos
estables que las más complejas (comunidades de islas y
comunidades agrícolas)
•
Robert MacArthur: los predadores que se alimentan sobre múltiples
presas tienen mayor probabilidad de sobrevivir a una reducción de
una de ellas que predadores más especializados.
MAYOR COMPLEJIDAD
MAYOR ESTABILIDAD
Un disturbio remueve uno de los depredadores top (A)
Grandes cambios en
la composición de la
comunidad
Pequeños cambios
en la composición de
la comunidad
Hipótesis de Reaseguro
DESCOMPOSICIÓN
DESCOMPOSICIÓN
PROCESOS
1. Lixiviación
2. Fragmentación
3. Alteración química
Tasa de descomposición
Lt = L0 ⋅ e
Tiempo de residencia
TR = 1
k
− k ⋅t