CURSO 2021-2022 ALUMNO: ALEJANDRO VALENCIANO HERNÁNDEZ PRÁCTICA 1. MUESTREO DE COMUNIDADES: PARCELAS Y TRANSECTOS. OBJETIVO Analizar las diferentes técnicas de muestreo que permiten estimar la abundancia de los organismos y utilizar estos conocimientos en las salidas de campo para la obtención de datos sobre las comunidades y los factores ambientales. FUNDAMENTO TEÓRICO El muestreo es una técnica que permite obtener información sobre las características cualitativas o cuantitativas de una comunidad sin necesidad de hacer un recorrido de su totalidad. El protocolo del muestreo requiere una fase de planificación donde se definen el tipo, número, tamaño y distribución de las unidades de observación. Además la recolección de los datos debe realizarse en función de los objetivos planteados en el estudio, las características de los organismos que se van a muestrear y según la forma prevista de elaborar y procesar la información obtenida. Unidades de observación En la realización del muestreo se consideran una serie de variables como la forma, dimensión, número y la distribución en el terreno de las unidades de observación. Fundamentalmente existes dos tipos de unidades de muestreo: las que tienen una forma y extensión preestablecida y aquellas que a priori no tienen una definición de su superficie o forma. En esta práctica se verán las del primer tipo que pueden a su vez clasificarse en: superficies (parcelas), líneas o puntos (transectos). Las parcelas más utilizadas son cuadradas, rectangulares y circulares aunque la forma de una unidad de muestreo puede ser de cualquier tipo. Cuando los rectángulos son muy largos en comparación al ancho que ocupan se denominan transectos de banda. Tanto las parcelas como los transectos de banda se pueden utilizar para muestrear la vegetación o la fauna. La línea o transecto lineal consiste en un registro de las plantas o animales existentes a lo largo de una línea. En la actualidad este método de muestreo se utiliza con frecuencia cuando se quiere estudiar la influencia de gradientes ambientales como por ejemplo la altitud, orientación de una ladera, etc. Normalmente en este muestreo se van anotando aquellas plantas que aparecen a distancia fijas a lo largo de la línea (cada 5 cm, cada 10 cm, etc.) Distribución de las unidades de observación. Tipos de muestreo. En el protocolo de muestreo también es decisivo decidir cuál es la ubicación de las unidades de observación en el área a estudiar, puesto que influirá tanto en aspectos operativos como el tiempo requerido, etc. como en la información obtenida. Existen distintos modelos que se pueden utilizar: - Muestreo aleatorio. Se realiza al azar y es considerado como la mejor opción debido a que se prefiere para una correcta aplicación de la estadística. Para que sea realmente aleatorio cada punto o lugar debe tener la misma probabilidad de ser seleccionados. Por ello, se deben enumerar todas las áreas a observar y realizar un sorteo. - Muestreo sistemático. Consiste en disponer las unidades de observación según un patrón regular y prefijado a distancias regulares. Los puntos o parcelas de muestreo pueden corresponder a las intersecciones de una retícula o estar dispuestos a distancias fijas sobre una línea o transecto. Sus principales ventajas son: asegurar el cubrimiento de toda el área de interés y una mayor simplicidad operativa. Además, es muy eficaz para relacionar características de una comunidad a lo largo de un gradiente ambiental. - Muestreo subjetivo. La ubicación de las unidades de observación se elige sin tener en cuenta criterios de probabilidad y únicamente se considera la opinión y experiencia del investigador, por lo que hay riesgos de obtener una visión distorsionada de la realizad. - Muestreo estratificado. Se divide la superficie en área menores homogéneas o estratos que se muestrean de forma aleatoria, sistemática o subjetiva según los objetivos. Es adecuado para áreas muy heterogéneas donde se puede estratificar en función de diferentes criterios como la densidad de la población dominante, topografía (pendiente, posición de la ladera, etc.) o por usos agrícola o forestal. Medidas de la abundancia de las especies. La abundancia de cada especie es una de las variables más importantes en la descripción de una comunidad. Representa el número de individuos pertenecientes a una determinada especie y se puede medir o estimar de diferentes formas. La abundancia relativa indica el porcentaje de individuos de una especie con respecto al total de individuos. Normalmente la abundancia se suele expresar como: - Densidad. Es el número de individuo por unidad de superficie. Por ejemplo, individuos /m2 . - Cobertura. Es el porcentaje de terreno ocupado por la proyección de la parte aérea de un conjunto de plantas. Se pueden utilizar diversas escalas de referencia. - Frecuencia. Es el porcentaje de muestras en las que una especie dada está presente con relación al número total de muestras tomadas. Se calcula dividiendo el número de unidades de muestreo donde se encuentra la especie por el número total de unidades de muestreo. - Biomasa. Es la cantidad de materia viva o seca por unidad de superficie. Escala de Braun-Blanquet para el registro de la cobertura de las especies de una Mediante el muestreo se obtienen los valores absolutos de las variables de abundancia de cada especie que se pueden convertir en valores relativos. Para ello se dividen los valores obtenidos de cada especie entre la suma total de valores absolutos de todas las especies. MATERIAL Y APARATOS - Hojas de muestreo o inventarios en blanco para anotar las especies, etc. - Un metro para medir las dimensiones de las parcelas y transectos. - Cuerdas para delimitar áreas de muestreo. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Para la realización de la practica nos desplazamos a un encinar natural (área natural del Lazarejo) -Coordenadas: 40º31’40” N, 3º55’01”W – Altitud: 670 m. Nos dividimos en grupos de 5-6 personas y cada grupo realizó el muestreo en dos zonas distintas, una a cada lado del camino e intentando que la topografía variase de una a otra con el objetivo de comparar ambas comunidades. En cada zona elegida se muestrearon las siguientes parcelas: • Vegetación arbórea → 20 x 20 m (400 m²) • Vegetación arbustiva → 10 x 10 m (dentro de la de 20x20) (100 m²) Una vez elegidas las zonas, procedimos a delimitarlas utilizando para ello una cuerda y procedimos a medir la abundancia de las plantas incluidas en cada parcela. Datos de muestra zona 1 Vegetación arbórea Inventario nº: 1 Superficie: 400 m² Fecha: 19-03-2022 Altitud: 670 m Pendiente: 12% aprox. Orientación: NW Localización (coordenadas y/o descripción): 40°31'47.6"N 3°54'59.6"W ESPECIES Quercus ilex subsp. Ballota (=Q.rotundifolia) INDICE DE ABUNDANCIA 2 DENSIDAD COBERTURA (%) 0,34 Ind/m² 15% Datos de muestra zona 1 Vegetación arbustiva Inventario nº: 2 Fecha: 19-03-2022 Superficie: 100 m² Altitud: 670 m Pendiente: 12% aprox. Orientación: NW Localización (coordenadas y/o descripción): 40°31'47.6"N 3°54'59.6"W ESPECIES Genista hirsuta Lavandula stoechas subsp. Pedunculata Retama sphaerocarpa INDICE DE ABUNDANCIA + DENSIDAD 0,02 Ind/m² COBERTURA (%) < 1% 1 0,31 Ind/m² 5% R 0,01 Ind/m² Individuo solitario Una vez recogidos los datos, calculamos la densidad y cobertura relativas con todas las especies muestreadas en la zona. ESPECIE DENSIDAD ABSOLUTA DENSIDAD RELATIVA COBERTURA ABSOLUTA COBERTURA RELATIVA Quercus ilex subsp. Ballota (=Q.rotundifolia) 0,34 Ind/m² 0,34/0,68=0,5 (50%) 15% 15/20,5=0,731 Genista hirsuta 0,02 Ind/m² 0,02/0,68=0,03 (3%) * < 1% (0,5%) 0,5/20,5=0,024 0,31 Ind/m² 0,31/0,68=0,46(46%) 5% 5/20,5=0,243 0,01 Ind/m² 0,01/0,68= 0,01(1%) * Individuo solitario Despreciable Σ=0,34+0,02+,031+0,01= 0,68 Ind/m² Σ=1(100%) Σ=20,5% Σ =1 Lavandula stoechas subsp. Pedunculata Retama sphaerocarpa TOTAL * Dado que para la especie Genista hirsuta el valor de la cobertura absoluta es inferior a un 1% se ha utilizado un valor de un 0,5% para el cálculo de la cobertura relativa, mientras que para la especie Retama sphaerocarpa el valor de la cobertura absoluta es equivalente a un individuo solitario y por tanto despreciable, no se ha tenido en cuenta para el cálculo de la cobertura relativa. Datos de muestra zona 2 Vegetación arbórea Inventario nº: 3 Fecha: 19-03-2022 Superficie: 400 m² Altitud: 670 m Pendiente: 4% aprox. Orientación: NW Localización (coordenadas y/o descripción): 40°31'50.4"N 3°54'54.5"W ESPECIES Quercus ilex subsp. Ballota (=Q.rotundifolia) Pinus pinea Juniperus oxycedrus INDICE DE ABUNDANCIA DENSIDAD COBERTURA (%) 2 0,35 Ind/m² 35% 1 R 0,0125 Ind/m² 0,0025 Ind/ m² 1% Individuo solitario Datos de muestra zona 2 Vegetación arbustiva Inventario nº: 4 Superficie: 100 m² Altitud: 670 m Fecha: 19-03-2022 Pendiente: 4% aprox. Orientación: NW Localización (coordenadas y/o descripción): 40°31'50.4"N 3°54'54.5"W ESPECIES Asparagus acutifolius Lavandula stoechas subsp. Pedunculata INDICE DE ABUNDANCIA + DENSIDAD 0,04 Ind/m² COBERTURA (%) < 1% + 0,02 Ind/m² < 1% Una vez recogidos los datos, calculamos la densidad y cobertura relativas con todas las especies muestreadas en la zona. ESPECIE DENSIDAD ABSOLUTA DENSIDAD RELATIVA COBERTU RA ABSOLUT A Quercus ilex subsp. Ballota (=Q.rotundifol ia) 0,35 Ind/m² 0,35/0,425=0,82 3 (82,3%) 35% 35/37=0,95 0,0125/0,425=0, 03 (3%) 0,0025/0,425=0, 006 (0,6%) 0,04/0,425=0,09 4 (9,4%) 1% 1/37=0,027 Individuo solitario Despreciab le 0,5/37=0,0 13 0,02 Ind/m² 0,02/0,425=0,04 7 (4,7%) < 1% 0,5/37=0,0 13 Σ=0,35+0,0125+0,0025+0,04+0,02= 0,425 Ind/m² Σ=1(100%) Σ=37% Σ =1 Pinus pinea 0,0125 Ind/m² Juniperus oxycedrus Asparagus acutifolius Lavandula stoechas subsp. Pedunculata TOTAL COBERTUR A RELATIVA 0,0025 Ind/ m² 0,04 Ind/m² < 1% * Dado que para las especies Asparagus acutifolius y Lavandula stoechas subsp. Pedunculata , el valor de la cobertura absoluta es inferior a un 1% , se ha utilizado un valor de un 0,5% para el cálculo de la cobertura relativa, mientras que para la especie Juniperus oxycedrus el valor de la cobertura absoluta es equivalente a un individuo solitario y por tanto despreciable, no se ha tenido en cuenta para el cálculo de la cobertura relativa. Discusión de los resultados En la primera muestra (muestra zona 1) que mostraba un perfil topográfico con una pendiente más acusada, encontramos una sola especie arbórea (Quercus ilex subsp. Ballota (=Q.rotundifolia), y tres especies arbustivas (Genista hirsuta, Lavandula stoechas subsp. Pedunculata y Retama sphaerocarpa) , analizando los datos en la tabla de resultados, encontramos que las especies Quercus ilex subsp. Ballota y Lavandula stoechas subsp. Pedunculata, son las especies que presentan unos índices más elevados en cuanto a densidad y cobertura relativas. En la segunda muestra (zona 2) el perfil topográfico era más plano y con menos pendiente, por comparación con la zona 1 hallamos más especies arbóreas ya que contaba con 3 especies ( Quercus ilex subsp. Ballota (=Q.rotundifolia) , Pinus pinea y Juniperus oxycedrus) siendo Quercus ilex subsp. Ballota la más numerosa, y en cuanto a especies arbustivas, además de Lavandula stoechas subsp. Pedunculata que tamben se encontraba en la zona 1, aparece la especie Asparagus acutifolius aunque en cantidades muy bajas. De nuevo la especie Quercus ilex subsp. Ballota es la que cuenta con unos índices de densidad y cobertura relativas mayores al de resto de las especies analizadas. CUESTIONES 1. ¿Cuáles serían las ventajas de utilizar parcelas de muestreo circulares? Existe una gran variación de formas geométricas que se han utilizado en diversos países para recabar información de las condiciones de zonas arboladas, siendo las más comunes: rectangulares, cuadradas, circulares, hexagonales y triangulares. Las formas más utilizadas en inventarios forestales son las circulares, ya que las parcelas son más fáciles de delimitar en área con pendiente. Las parcelas circulares presentan ventajas con respecto a otras formas, la simetría radial del círculo hace que no tenga direcciones privilegiadas y por lo tanto es una forma muy objetiva. Por otro lado, con una parcela circular se puede cubrir la misma área en m²; pero la longitud de su perímetro es menor, teniendo que decidir en menos ocasiones si un espécimen pertenece o no a la parcela sobre la que se está trabajando. 2. Si consideramos que en la realización de un muestreo piloto no se debe sobrepasar el 0,4% de la superficie de inventario, ¿qué número de unidades de muestreo se deberán realizar en un monte de 1000 ha utilizado parcelas circulares de 15 m de radio? Una parcela circular de 15 m de radio tiene una superficie de 706,86 m². El 0,4% del área de inventario son 4 ha que si los pasamos a m² nos da una parcela de 40.000 m² Por lo tanto, si dividimos la superficie de la zona de muestreo entre la superficie de las parcelas nos da como resultado, que el numeró de parcelas que podemos muestrear para no sobrepasar el ,04% es de 56 parcelas. (40000m²/706,86m²= 56,59). PRÁCTICA 2. DIVERSIDAD DE ESPECIES. OBJETIVO Introducir al estudiantado en la realización de cálculos de la diversidad biológica de una comunidad e interpretación de estos, a partir de los datos obtenidos en los muestreos de campo y en diferentes tablas. FUNDAMENTO TEÓRICO Actualmente, uno de los problemas ambientales que despierta gran interés es la pérdida de la diversidad biológica como consecuencia de las actividades humanas, ya sea de manera directa (sobreexplotación) o indirecta (alteración del hábitat). Las principales causas de la desaparición de especies son: la degradación y fragmentación del hábitat, la introducción de especies exóticas, la explotación excesiva de las especies, la contaminación de la atmósfera, suelo y aguas, el cambio climático producido por el efecto invernadero y la industrialización agrícola y foresta que lleva a monocultivos intensivos y a un proceso acelerado de deforestación. La diversidad biológica mide el grado de complejidad de una comunidad que nos proporciona información sobre la cantidad de relaciones que pueden existir entre las especies existentes y la estabilidad de la comunidad frente a las perturbaciones. El estudio de las comunidades requiere una descripción detallada de su composición y su estructura, aunque la delimitación de una comunidad es difícil y en cierta medida se suele realizar de una forma arbitraria coincidiendo con algún límite geográfico, cambio de especies dominantes, etc. Por tanto, un análisis adecuado requiere una correcta evaluación y monitoreo, por lo que se han desarrollado una gran cantidad de parámetros para medirla. Así mismo para medir la diversidad biológica a nivel de especies se han propuesto diferentes métodos. Una de las medidas que se ha utilizado es la basada en la riqueza de especies o número de especies, que presenta como ventaja que para ciertos grupos las especies son fácilmente cuantificables. Pero además de la riqueza de especies, dentro de la comunidad se debe tener en cuenta la abundancia relativa (equidad o uniformidad) de cada una de ellas. En principio una comunidad con menor número de especies y con algunas muy dominantes y el resto poco abundantes, será menos diversa que otra comunidad con muchas especies, pero todas en proporciones muy parecidas. Índices de diversidad La diversidad dentro de una comunidad o diversidad alfa se estima mediante los denominados índices de diversidad. Existe un gran número de índices que se pueden agrupar de forma simplificada en dos tipos: los basados en la riqueza de especies y los de heterogeneidad. Índices basados en la riqueza de especies, consideran únicamente el número de especies. Su principal inconveniente es que son indicadores que no miden bien la complejidad de la comunidad porque asumen que tienen el mismo valor las especies poco abundantes y las que son muy abundantes. Dentro de este grupo los más utilizados son la riqueza específica o número de especies (S) y el índice de diversidad de Margalef (DMg). Es último se calcula aplicando la siguiente fórmula: S= número de especies N= número total de individuos El índice de riqueza específica (S) es dependiente del tamaño de la muestra, lo que dificulta la comparación entre comunidades. En el caso del índice de Margalef también se tiene en cuenta únicamente la riqueza de especies, pero se intenta que no aumente al aumentar el tamaño de la muestra. Índices de heterogeneidad, tienen en cuenta tanto la riqueza de especies como la abundancia relativa o equidad. Dentro de este grupo se pueden diferenciar los índices de dominancia, que conceden mayor peso a las especies dominantes (comunes o más abundantes) como el índice de dominancia Simpson ( y los índices que conceden mayor peso a las especies raras como el de Shannon-Wienner (H’). ▪ ▪ Índice de dominancia Simpson (λ): se calcula determinando la probabilidad de que extrayendo de la comunidad dos individuos al azar, los dos sean de la misma especie. pi es la abundancia relativa de la especie i, es decir el número de individuos de la especie i dividido por el número total de individuos N de la muestra (ni /N). El valor de este índice varía entre 0 y 1. Con el índice de dominancia se obtienen valores más elevados cuando la diversidad de una comunidad es menor, por lo que se calcula el índice de diversidad de Simpson como 1 - o bien 1/ y que mide la probabilidad que al extraer al azar dos individuos de una comunidad sean de diferente especie. Índice de Shannon-Wienner (H’): proviene de la teoría de la información, donde se utiliza para estimar el máximo de información que puede llegar a contener un mensaje. Requiere que todos los individuos sean muestreados al azar y que estén representadas todas las especies de la comunidad en la muestra. pi es la proporción de individuos de cada una de las especies en la comunidad (ni /N) y i= 1,....., S. En la fórmula se puede utilizar el logaritmo en base 2 (log2), pero los resultados sólo son comparables si se utiliza la misma base, por lo que es importante indicar la base del logaritmo que se ha empleado en los cálculos. MATERIAL UTILIZADO Datos de las tablas adjuntas (Tabla 2.1 y Tabla 2.2) y los obtenidos en el muestreo de campo (hojas de muestreo) que hemos realizado en la práctica 1 donde hemos anotado la abundancia de todas las especies. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Partiendo de los datos de las tablas adjuntas (Tabla 2.1 y Tabla 2.2) y de los obtenidos en los diferentes muestreos de campo realizado en la práctica 1 aplicamos las fórmulas indicadas anteriormente para calcular: a) Riqueza específica. b) Índice de Margalef. c) Índice de Simpson. d) Índice de Shannon-Wienner. RESULTADOS Y DISCUSION Comunidad A Especie Número de individuos Liriodendron tulipifera 35 Quercus alba 26 Acer saccharum 25 Acer rubrum 21 Fagus grandifolia 16 Quercus rubra 11 Prunus serotina 6 Ulmus rubra 5 Fagus sylvatica 3 Carpinus caroliniana 3 Fraxinus americana 3 Acer nigra 3 Robinia psedoacacia 3 Ulmus americana 2 Juglas nigrum 2 Magnolia acuminata 2 Quercus velutina 1 Sassafras albidum 1 Cornus florida 1 Oxydendrum arboreum 1 TOTAL 170 p 0,206 0,153 0,147 0,124 0,094 0,065 0,035 0,029 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 0,012 0,012 0,012 0,006 0,006 0,006 0,006 1,000 pi ln pi -0,325 -0,287 -0,282 -0,258 -0,222 -0,177 -0,118 -0,104 -0,071 -0,071 -0,071 -0,071 -0,071 -0,052 -0,052 -0,052 -0,030 -0,030 -0,030 -0,030 -2,408 pi² 0,042 0,023 0,022 0,015 0,009 0,004 0,001 0,001 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,120 a) Riqueza específica: 20 b) Índice de Margalef: 3,69 c) Índice dominancia de Simpson: 0,12 // Índice diversidad de Simpson: 0,88 d) Índice de Shannon-Wienner: 2,40 Comunidad B Especie Cistus albidus Carex halleriana Sedum sediforme Quercus coccifera Número de individuos pi 65 30 30 20 0,339 0,156 0,156 0,104 pi ln pi pi² -0,367 0,115 -0,290 0,024 -0,290 0,024 -0,236 0,011 Rubia peregrina Pinus halepensis Asparagus acutifolius Quercus ilex Ulex parviflorus Rosmarinus officinalis Erica multiflora Lonicera implexa TOTAL 14 11 0,073 0,057 -0,191 -0,164 0,005 0,003 9 4 3 0,047 0,021 0,016 -0,143 -0,081 -0,065 0,002 0,000 0,000 3 2 1 192 0,016 0,010 0,005 1,000 -0,065 -0,048 -0,027 -1,966 0,000 0,000 0,000 0,186 a) Riqueza específica: 12 b) Índice de Margalef: 2,09 c) Índice dominancia de Simpson: 0,19 // Índice diversidad de Simpson: 0,81 d) Índice de Shannon-Wienner: 1,97 PARCELA PRACTICAS ZONA 1 Especie Número de individuos Quercus ilex subsp. Ballota (=Q.rotundifolia) 136 Genista hirsuta 2 Lavandula stoechas subsp. Pedunculata 31 Retama sphaerocarpa 1 TOTAL 170 pi 0,800 0,012 0,182 0,006 1,000 pi ln pi pi² -0,179 -0,052 -0,310 -0,030 -0,571 a) Riqueza específica: 4 b) Índice de Margalef: 0,584 c) Índice dominancia de Simpson: 0,673 // Índice diversidad de Simpson: 0,327 d) Índice de Shannon-Wienner: 0,571 PARCELA PRACTICAS ZONA 2 Especie Quercus ilex subsp. Ballota (=Q.rotundifolia) Pinus pinea Juniperus oxycedrus Número de individuos pi pi ln pi pi² 140 0,921 -0,076 0,848 5 0,033 -0,112 0,001 1 0,007 -0,033 0,000 0,640 0,000 0,033 0,000 0,673 Asparagus acutifolius Lavandula stoechas subsp. Pedunculata TOTAL 4 0,026 -0,096 0,001 2 0,013 -0,057 0,000 152 1,000 -0,374 0,850 a) Riqueza específica: 5 b) Índice de Margalef: 0,796 c) Índice dominancia de Simpson:0,850 // Índice diversidad de Simpson: 0,150 d ) Índice de Shannon-Wienner:0,370 índices de diversidad β: ⎯ Coeficiente de similitud de Sörensen cualitativo: 0,44 Is=2*2/4+5=0,44 ⎯ Coeficiente de similitud de Sörensen cuantitativo: 0,85 Is cuant= 2*138/170+152=0,85 ⎯ Coeficiente de similitud de Jaccard: 0,28 Ij=2/4+5-2=0,28 ⎯ Índice de Morisita-Horn: 0,97 Especie Densidad en A (ani) Quercus ilex subsp. Ballota (=Q.rotundifolia) Genista hirsuta Lavandula stoechas subsp. Pedunculata Retama sphaerocarpa Pinus pinea Juniperus oxycedrus Asparagus acutifolius total aN=170 IM-H =2*19102/(0,67+0,85)*(170*152)=0,97 ⎯ Índice de Whittaker: 2 Densidad bni2 en B (bni) ani2 ani x bni 136 2 18496 4 140 0 19600 0 19040 0 31 1 0 0 0 961 1 0 0 0 2 0 5 1 4 4 0 25 1 16 62 0 0 0 0 Σbni=219646 19102 Σani2=19462 bN=152 β=7/4,5-1=2 ⎯ Complementariedad: 0,71 CAB =(4+5)-(2*2)/4+5-2=0,71 Discusión resultados: En cuanto a los datos obtenidos en las practicas, podemos extraer la conclusión de que la zona de muestreo 2 tiene una mayor riqueza de especies ya que los índices de riqueza especifican y el Índice de Margalef tienen unos valores mayores, el índice de dominancia de Simpson es mayor en la zona dos lo que nos indica una menor diversidad, esto es debido a que la especie Quercus ilex domina frente al resto de especies. El índice de diversidad de Simpson es menor en la zona 2. En cuanto al índice de Shannon-Wienner los datos nos reflejan una mayor diversidad en la zona 1 de muestreo siendo estos datos consistentes con los obtenidos en el resto de los índices. En cuanto a los índices de diversidad β , el índice de similitud de Sörensen nos indica que existen especies comunes pero que el grado de disimilitud es mayor. El Coeficiente de similitud de Sörensen cuantitativo muestra un numero próximo al 1, que nos indica una alta similitud en cuento a individuos, esto es debido a que en ambas zonas está presente la especie Quercus ilex que tiene una alta presencia. El índice de Jaccard y de complementariedad son consistentes con los datos anteriores ya que muestran una media-baja similitud de especies. El índice de Morisita-Horn que mide la probabilidad de que 2 individuos seleccionados al azar cada uno de una comunidad sean de la misma especie, respecto a la probabilidad de que sean de la misma especie si se seleccionaran los 2 individuos dentro de una misma comunidad muestra un valor alto. CUESTIONES 1. En una comunidad (A) tenemos dos especies diferentes con el número de individuos que se indican en la tabla 1 (Caso 1). Al cabo del tiempo se vuelve a muestrear y se anotan el número de especies e individuos en ese momento (Casos 2 y 3). Calcular los valores de riqueza específica y de diversidad según el índice de Simpson. Explicar las variaciones de los resultados obtenidos. La riqueza especifica hace referencia al nº total de especies distintas. Los datos obtenidos para cada caso se reflejan en el siguiente cuadro. Especies Buthus occitanus Gryllus campestris Musca domestica Riqueza especifica Caso 1 25 75 0 2 Caso 2 25 74 1 3 Caso 3 17 50 33 3 El índice de Simpson nos determina la probabilidad de que al extraer al azar dos individuos de una comunidad sean de diferente especie, y se calcula como 1- λ, pues cuanto mayor es el índice de dominancia de Simpson (λ) menor es la diversidad. λ se calcula sumando los cuadrados de la abundancia relativa de cada una de las especies presentes en la comunidad. Especies Caso 1 Caso 2 Caso 3 Buthus occitanus 25 25 17 Gryllus campestris 75 74 50 Musca domestica 0 1 33 Riqueza especifica 2 3 3 Total 100 100 100 índice de dominancia de Simpson 0,62 0,61 0,39 índice de diversidad de Simpson 0,38 0,39 0,61 En los casos 1 y 2 hay unos índices de dominancia de Simpson son altos y muestran una baja diversidad, esto es debido a que la especie Gryllus campestris es que le muestra mayor presencia de individuos. Por el contrario, en el caso 3 vemos que el índice de diversidad es mayor y que el índice de dominancia es menor ya que la cantidad de individuos de cada especie es un poco más equitativa. 2. Se han muestreado mensualmente los artrópodos de las copas de los árboles de una plantación y se han clasificado las siguientes especies de hormigas obteniendo los siguientes resultados: Calcular el índice de diversidad de Shannon-Wienner y explicar cómo varía la diversidad a lo largo del año. Calculamos con la formula Especie Ene Feb pi pi (%) Mar pi (%) Abr pi (%) May pi (%) Jun pi (%) Jul pi (%) Ago pi (%) Sep pi (%) Oct pi (%) Nov Dic pi pi (%) (%) Tapinoma nigerrimum Plagiolepis pygmaea Formica subrufa Formica rufibarbis Pheidole pallidula Camponotus sylvaticus Camponotus aethiops Lasius grandis Indice de ShannonWinner 100 6,38 24,68 8,85 89,36 68,83 30,09 58,23 55,88 17,05 4,26 11,76 15,91 3,03 2,60 6,19 6,33 3,90 9,73 17,72 17,65 15,91 24,24 38,05 16,46 7,35 5,31 7,35 0,88 18,18 3,03 9,09 22,73 69,70 36,36 1,27 0,88 0,00 0,41 0,824 1,07 1,148 1,27 1,581 0,807 1,264 La diversidad en la plantación va variando a lo largo del año y aumenta en los meses comprendidos entre mayo y agosto coincidiendo con los meses en los que hay más diversidad de especies, sin embargo , y dado que el índice de diversidad de Shannon-Wienner cuantifica el grado de incertidumbre al escoger al azar un individuo de la comunidad y considera tanto riqueza como equidad, en el mes de octubre y aunque solo consten 4 especies , el índice da el tercer valor más alto de toda la tabla debido a la equidad en individuos de cada especie. PRÁCTICA 3. ECOLOGÍA TRÓFICA HUMANA. OBJETIVO En esta práctica se pretende estudiar el flujo de energía en las cadenas tróficas que acaban en el ser humano. Esto permitirá comprender el flujo de energía a través de los ecosistemas y conocer los diferentes niveles tróficos presentes en una cadena trófica. FUNDAMENTO TEÓRICO La vida en la Tierra es posible gracias a la energía solar que se recibe constantemente. La energía externa, procedente del sol, permite el funcionamiento de los ecosistemas. Es captada por los organismos autótrofos para ir pasando de unos a otros, de forma que cada uno de ellos la emplea para sus funciones vitales, creándose un flujo de energía unidireccional. Cada organismo desempeña un papel distinto en la utilización de la energía a través del flujo establecido (). Primero se encuentran los productores, que son los organismos fotosintéticos, que captan y aprovechan la energía que llega del sol al ecosistema, y los quimiosintéticos. A continuación se sitúan aquellos organismos incapaces de fijar la energía solar o consumidores (herbívoros y carnívoros), teniendo que tomarla de los productores. Por último, los descomponedores utilizan los restos de organismos y deyecciones, convirtiendo las sustancias orgánicas en productos inorgánicos mediante procesos de fermentación y respiración. El flujo de energía va disminuyendo a través de los distintos niveles del ecosistema porque parte de esta energía es utilizada por los organismos en la respiración y se libera en forma de calor. Sin embargo, se cumple la primera ley de la termodinámica ya que la energía que entra en el ecosistema es igual a la que se acumula en forma de materia orgánica en los niveles que componen el ecosistema, más la que se desprende como calor. Para comprender las relaciones trófica entre los organismos de los ecosistemas es necesario definir los siguientes parámetros tróficos: producción primaria y producción secundaria. La producción primaria es la cantidad de energía fijada o almacenada por los organismos autótrofos que conduce a un aumento de biomasa de los seres autótrofos y se diferencian dos tipos: - Producción primaria bruta (PPB): es la cantidad de energía total almacenada por unidad de tiempo y corresponde al total de la energía fijada por las plantas en la fotosíntesis. Por tanto es la totalidad de energía química almacenada por los productores en forma de materia orgánica, incluida la consumida en la respiración (R), y que utilizan los vegetales para su crecimiento, funcionamiento y reproducción. - Producción primaria neta (PPN): es la cantidad de energía almacenada por las plantas como materia orgánica después del proceso de respiración (R). Esta energía es la que se encuentra disponible para los consumidores. PPN = PPB - R . De esta energía, PPN, una porción no se utiliza (NU), y una vez ingerida por los herbívoros (I), parte de ella se retiene por asimilación (A) y parte sale del organismo como heces y orina (D). De la energía que queda retenida, una porción es utilizada como calor para el metabolismo (respiración) y el resto se emplea en el mantenimiento (captura de alimento, realización de trabajo muscular, desgaste corporal, etc.) (R = respiración + mantenimiento), perdiéndose como calor. La energía sobrante se aprovecha para la producción de nuevos tejidos o de nuevos individuos y se denomina producción secundaria (P) . Se puede definir también como la tasa de producción de nueva biomasa por parte de los organismos heterótrofos, que incluye tanto el crecimiento como la reproducción. La energía solar que recibe las tierras cultivadas presenta un valor de 1,5 x 106 kcal m -2 año1 , sin embargo los ecosistemas son relativamente poco eficientes en la captura de esta energía. Se calcula que la energía total almacenada por las plantas, no suele superar el 1% y que por ejemplo en los cultivos de las zonas templadas la energía almacenada como nueva biomasa (después de restar la empleada en la respiración) se encuentra alrededor del 0,3% La fracción que se convierte en comida para el ser humano varía mucho según los cultivos. Hay partes de las plantas que son incomestibles o que son devoradas por plagas, otras sirven de alimento al ganado, etc. Del aporte bruto de energía a los animales, una parte no es digerible para ellos, otra la usan en su respiración y el resto se almacena como nueva biomasa. De ella se obtiene la carne de nuestra dieta, eliminando los desperdicios como piel, vísceras, etc. En el caso de los ecosistemas acuáticos, las cadenas tróficas son más largas. Los productores son el fitoplancton y la mayor parte de los animales acuáticos que consume el ser humano son carnívoros, siendo consumidores secundarios o consumidores terciarios e incluso superdepredadores que se alimentan de peces más pequeños. Esta práctica se centra en la ecología trófica humana, puesto que los seres humanos necesitamos los alimentos para obtener la energía necesaria en nuestro desarrollo y para las actividades diarias. Del alimento que se ingiere, parte no se puede digerir y su energía es eliminada por los excrementos. La energía contenida en las partes asimilables pasa a formar parte de nuestro cuerpo donde la mayor parte se utiliza como combustible que se transforma en trabajo y calor. Cuando se ingiere más energía de la que se utiliza para crecer o aumentar la masa muscular, se acumulará en el cuerpo en forma de grasa. MATERIAL Y APARATOS Utilizamos las tablas adjuntas en el cuaderno de prácticas y el diagrama de flujo de energía. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se deben anotar durante al menos 1 día los alimentos consumidos y su contenido calórico. Si es posible sería recomendable apuntarlos durante varios días y hacer la media. Es importante que se anote la cantidad ingerida en g/día y el contenido energético de los alimentos en Kcal/100 g. Consulte las tablas 3.1 y 3.2. A continuación, se calculará el aporte bruto de energía diario, sumando los contenidos calóricos de los alimentos consumidos (suma de todas las calorías consumidas en un día). Recuerde que para la mayoría de las personas estará entre 1.500 y 3.000 kcal/día. También se calculará el consumo bruto de energía anual (kcal/año) multiplicando el consumo diario por 365. También se calculará la Producción Secundaria restando del consumo bruto la energía de los alimentos no digeribles y la energía perdida en la respiración. Para ello, suponga que se asimila un 77,5% de lo ingerido en los homeotermos, y que la energía pérdida en la respiración es el 97,5% de lo asimilado. Flujo de energía en los sistemas agrícolas En este apartado deberá calcular la superficie (m2 ) de cultivos y de plataforma continental necesaria para cubrir sus requerimientos energéticos anuales. Para ello, deberá dividir su consumo calórico anual (kcal/año) por los rendimientos energéticos (cosecha anual) para cada tipo de comida (animal, terrestre, marina, plantas C3 y plantas C4) y sume los resultados. En la Tabla 3.3 se muestran las estimaciones del rendimiento (kcal/m2 año) de cada tipo de alimento para el ser humano. Por ejemplo, un metro cuadrado de cultivo de trigo proporciona granos que, una vez convertidos en pan, aportarían aproximadamente 600 kcal. En el caso de la carne de ternera, las 150 kcal que aporta serían de la ternera producida a partir del pasto que crece en metro cuadrado de cultivo Se cumplimentarán el diagrama de flujo de energía de la Figura 3.3 con los valores correspondientes, y se calculará: a) El aporte de energía solar que reciben las distintas superficies y que será la necesaria para producir los diferentes tipos de alimentos. Para ello debe multiplicar la energía solar incidente (kcal m-2 año-1 ) por la superficie total necesaria (m2 ). El valor de la energía solar incidente es 1,5 x 106 kcal·m-2 ·año-1 . b) La Producción Primaria Bruta (PPB) necesaria para cada categoría de cultivo (C3, C4, sistemas acuáticos y forraje para carne). Se multiplicará la producción bruta (kcal m-2 año-1 ) por la superficie de cultivo (m2 ). Se asume que los valores de producción bruta para cultivos es de 12.000 kcal m-2 año-1 , y para los sistemas acuáticos de la plataforma continental 2.000 kcal m-2 año-1 . c) Las pérdidas por respiración que se producen en la producción de los alimentos que consume. Se calcula como un porcentaje de la PPB. Las plantas C3 pierden mucha más energía en su propia respiración (67% de la producción primaria bruta) que las plantas C4 (50% de la producción primaria bruta). En el caso de la carne y otros productos derivados de animales terrestres se asumirá que han sido alimentados únicamente con plantas C4. Y en los sistemas acuáticos se asume que convierte de forma eficiente la energía que toman en forma de alimento en nueva biomasa y se considerará que solo invierten el 33% en la respiración. d) Calcular la energía de los desechos que se generan en la producción y elaboración del alimento que se consume. En cada uno de los apartados se puede considerar como desecho, lo que no es respirado ni consumido. En general son las partes no comestibles como por ejemplo en los cultivos, las que se comen las plagas, en los animales terrestres serían las vísceras, piel, etc. Se calcula restando a la producción primaria bruta los gastos en la respiración y el consumo. Se obtiene a partir de los datos recogidos en la tabla 3.3 donde se indica como consumo anual en kcal año-1 RESULTADOS Y DISCUSION Hemos recogido los datos de nuestra dieta a lo largo de 3 días. A continuación, hemos realizado la tabla para calcular la superficie (m2) de cultivos y de plataforma continental necesaria para cubrir mis requerimientos energéticos anuales. Alimento aceite oliva ajo alubia verde café calabacín Cebada (cerveza) cebolla lechuga lentejas manzana naranja pan patatas pimiento platano tomate uva (vino) zanahoria Cosecha anual Kcal m2/año plantas c3 300,00 225,00 225,00 4,00 225,00 300,00 225,00 820,00 225,00 1400,00 1000,00 650,00 1600,00 225,00 900,00 820,00 600,00 820,00 Consumo anual Kcal/año Superficie necesaria para alimentarse m2 (consumo/cosecha) 45260,00 2175,40 32850,00 486,67 21900,00 219000,00 2190,00 14600,00 41975,00 43800,00 14600,00 18615,00 25550,00 21900,00 21900,00 21900,00 25550,00 5475,00 150,87 9,67 146,00 121,67 97,33 730,00 9,73 17,80 186,56 31,29 14,60 28,64 15,97 97,33 24,33 26,71 42,58 6,68 579727,07 1757,76 65700,00 azucar 9855,00 Total plantas c4 75555,00 Productos animales terrestres cerdo 190,00 124100,00 huevo 200,00 28470,00 jamón serrano 190,00 93075,00 leche 420,00 61320,00 pollo 190,00 80300,00 queso 420,00 146000,00 ternera 130,00 109500,00 total Productos animales terrestres 642765,00 Productos animales acuáticos atún 2,00 80300,00 pescado azul 2,00 160600,00 Total productos animales acuáticos 240900,00 Total superficie necesaria Total consumo anual Kcal/año 1458647,07 18,77 2,82 21,59 Total plantas c3 refrescos planta c4 3500,00 3500,00 653,16 142,35 489,87 146,00 422,63 347,62 842,31 3043,93 40150,00 80300,00 120450,00 125273,28 Diagrama de flujo de energía CUESTIONES Analizar la cantidad de calorías que consume de media al día y al año, indicando si las considera suficiente o excesivas. El total diario de calorías es de 2099 Kcal , se trata de un aporte calórico suficiente, la OMS establece un rango genérico de entre 2000 a 2500 Kcal diarias para un hombre adulto. ¿Qué superficie del planeta necesitaría para alimentarse? y ¿qué cantidad de energía solar recibe esta superficie? La superficie total para alimentarme es de 125.273,28 m² y la cantidad total de energía necesaria que recibe esta superficie es de 187.909,91 x106 . Sin duda es un dato que invita a la reflexión acerca de toda la energía y superficie necesaria para alimentar a una sola persona y lo poco eficiente, energéticamente hablando, que son algunos productos que consumimos en exceso. ¿Por qué hablamos de flujo para describir la circulación de energía de un ecosistema? La energía que llega a la tierra procedente del sol fluye a través de los integrantes del ecosistema; los vegetales la captan en forma de energía lumínica y la transforman en compuestos orgánicos introduciéndola así en la cadena trófica, de ahí va pasando a los consumidores primarios cuando estos se alimentan de los vegetales, después los secundarios, etc.
