CIRCULACIÓN DE LA MATERIA Y DE LA ENERGÍA EN LOS ECOSISTEMAS

La biosfera como sistema

RELACIONES TRÓFICAS

Relaciones tróficas

• Son las relaciones de alimentación entre los organismos de una biocenosis.

• A través de ellas se produce transferencias de materia y energía.

• Para su comprensión se utilizan modelos como las cadenas y redes tróficas

Cadenas tróficas

• Es la representación de la transferencia unidireccional de la materia y la energía de un organismo, que sirve de alimento, a otro que lo obtiene.

• Se representa mediante flechas, que indican el sentido del recorrido de la materia y la energía

• Tiene un número reducido de organismos (5 como mucho)

Cadena trófica

Niveles tróficos• Productores: son organismos autótrofos, generalmente

fotosintéticos, que aportan la materia y la energía que circula por las cadenas tróficas.

• Consumidores: Son los seres vivos que se alimentan de otros. Existen diferentes niveles:– Herbívoros: primer nivel de consumidores, consumidores

primarios.– Carnívoros: consumidores secundarios especializados en cazar

herbívoros.– Superdepredadores: consumidores en el último nivel.

• Descomponedores: Se alimentan transformando la materia orgánica en materia mineral, completando el ciclo de la materia en los ecosistemas.

Red trófica

• Es el conjunto de cadenas tróficas interconectadas que pueden establecerse en un ecosistema.

Selectividad

• P11. ¿Qué es una red trófica? Describa un ejemplo sencillo de un ecosistema continental

• P12. ¿Qué es una red trófica? Haga un esquema de un ejemplo sencillo.

• P13. Ponga un ejemplo de red trófica en un ecosistema marino.

• P14. ¿Por qué las cadenas tróficas no pueden ser muy largas?

LOS PRODUCTORES

• Constituyen el primer nivel trófico.• Está constituido por organismos autótrofos

que utilizan el CO2 para producir sus compuestos orgánicos y una fuente de energía.– Quimiosintéticos: utilizan la energía de las

reacciones exotérmicas que catalizan– Fotosintéticos: utilizan la energía luminosa

captada por pigmentos como la clorofila.

Organismos quimiosintéticos

• Son algunos organismos del reino Monera.• Obtienen la energía de las reacciones

exotérmicas que catalizan.• Las bacterias nitrificantes son organismos

quimiosintéticos que reciclan el nitrógeno en el suelo y lo ponen a disposición de las plantas

• Son importantes en ecosistemas de fondos oceánicos profundos asociados a fuentes hidrotermales

Quimiosíntesis

Organismos fotosintéticos

• Son plantas, algas unicelulares y pluricelulares y cianobacterias que son capaces de realizar la fotosíntesis ya que contienen clorofila.

• En el proceso de fotosíntesis se desprende O2

• Son los principales organismos productores tanto de ecosistemas terrestres como acuáticos.

BIOMASA

• La biomasa (B) es el peso de la materia orgánica acumulada por unidad de superficie.

• Se expresa como peso seco de materia orgánica (C) por unidad de superficie.

B=C/S

• Se expresa en unidades como Tm/km2 , kg/ha, etc..

PRODUCCIÓN

• La producción (P) es la cantidad en que aumenta la biomasa en un nivel trófico determinado en un cierto tiempo, normalmente un año.

• Unidades: g / m2 año o KJ / ha año

PRODUCCIÓN BRUTA Y PRODUCCIÓN NETA

De toda la energía incorporada por un nivel trófico, parte se pierde y parte se utiliza para obtener energía

• La producción bruta (PB) es la cantidad total de materia incorporada por un nivel trófico en un cierto tiempo.

• La producción neta (PN) es la materia que queda almacenada para el crecimiento y la reproducción en cada nivel trófico por unidad de tiempo.

PN = PB – R

Productividad

• Es la relación entre la producción neta (PN) y la biomasa (B)

Productividad=PN/B• La magnitud inversa es el tiempo de

renovaciónTiempo de renovación=B/PN

PRODUCCIÓN PRIMARIA

• Es la cantidad de materia orgánica fabricada por los productores por unidad de tiempo.

• Producción primaria bruta (PPB), es la cantidad total de energía fijada en materia orgánica

• Producción primaria neta (PPN), es la biomasa realmente acumulada por los productores, restándole a la PPB la consumida por respiración

PPN=PPB-R

FACTORES LIMITANTES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA

• Temperatura• Humedad• Luz • Nutrientes

El factor que se encuentre menos disponible es el que limita la producción (Ley del mínimo de Liebig)

Ley del mínimo de Liebig

E lcrecimiento no es controlado por el monto total de los recursos disponibles, sino por el recurso más escaso.

Selectividad

• T8. La producción biológica. Producción primaria y secundaria. Productividad y tiempo de renovación.

• P1. Enumere los principales factores abióticos limitantes de la producción primaria.

CONSUMIDORES

• Nivel trófico formado por organismos heterótrofos.

• Se alimentan directa o indirectamente de la materia orgánica producida por los organismos autótrofos

• La producción primaria neta es la energía disponible para todos los consumidores del ecosistema.

Niveles de consumidores

• Consumidores primarios: HERBÍVOROS• Consumidores secundarios: – CARNÍVOROS– SUPERCARNÍVOROS– NECRÓFAGOS– COPRÓFAGOS– OMNÍVOROS

Producción Secundaria

• Es la cantidad de materia incorporada por los consumidores.

• Se encuentra limitada por la producción primaria neta, que es la que está al alcance de los consumidores primarios (herbívoros).

• No toda la energía consumida por los primarios es aprovechada; una parte de ella no es asimilada y es expulsada en forma de excrementos.

PS Bruta = alimento ingerido – desechos

Producción secundaria neta

• Es la producción secundaria bruta (PSB) menos los gastos en respiración (R)

PSB=PSN-R

DESCOMPONEDORES

• Son bacterias y hongos que se encuentran en el suelo.

• Se alimentan de restos orgánicos, previamente o no, transformados por los detritívoros.

• Terminan de transformar la materia orgánica en compuestos inorgánicos como el CO2, H2O y sales minerales cerrando el ciclo de la materia

El papel de los descomponedores es esencial en los ecosistemas, porque son los responsables de regenerar los compuestos minerales que necesitan los autótrofos

Flujo de la energía en los ecosistemas

CONCLUSIÓN

• La producción se reduce en cada nivel, ya que se va perdiendo por la asimilación limitada, la respiración y la producción de calor.

• Aproximadamente la energía almacenada en un nivel trófico es solo un 10% de la almacenada en el nivel anterior (ley del 10%).

• La pérdida de energía limita el número de niveles tróficos.• La eficiencia (PN/PB) va disminuyendo, en los niveles

tróficos sucesivos debido al aumento de los gastos respiratorios.

Selectividad

• P10. ¿Qué son los flujos de energía en un ecosistema?

• P15. Defina los conceptos de biomasa y producción.

• P16. Diferencia entre producción y productividad.• P17. Enumere los principales factores abióticos

limitantes de la producción primaria.• .

Selectividad

• P18. Defina los conceptos de productividad (tasa de renovación) y eficiencia ecológica.

• P19. ¿Qué diferencia hay entre producción primaria y producción secundaria de un ecosistema?

• P20. ¿Puede ser mayor la producción secundaria que la primaria en un ecosistema? Razone la respuesta

PA10. De acuerdo con los datos sobre los principales ecosistemas acuáticos y terrestres indicados en la tabla, responda a las siguientes cuestiones:

a) Calcule la producción primaria total de los ecosistemas marinos y la de los ecosistemas terrestres, considerados en conjunto. Explique las causas que determinan las diferencias de producción entre océanos y continentes.b) La producción primaria en el ecosistema pelágico es muy baja. Indique los factores o recursos que limitan la producción cerca de la superficie y en el fondo, respectivamente.c) Explique el significado de la productividad primaria (tasa de renovación) y calcule su valor para el bosque tropical y para el ecosistema pelágico.

PA11. La siguiente tabla muestra los valores medios de biomasa y de producción primaria neta anual de los principales ecosistemas acuáticos y ecosistemas terrestres, así como la extensión que ocupana. La producción primaria en el océano abierto (ecosistema pelágico) es muy baja, mientras que en estuarios es muy alta. Explica razonadamente las causas que determinan esta diferencia de producción.b. Calcula la productividad primaria (tasa de renovación) del bosque templado y del ecosistema pelágico. Indica como lo haces y que unidades se emplean. Explica el significado de la productividad primaria.c. Calcula el tiempo de renovación del bosque templado y de la pradera. Indica las unidades

PIRÁMIDES TRÓFICAS

• Representan las relaciones tróficas de un ecosistema.• Los niveles están representados por rectángulos

superpuestos de longitud proporcional al valor del parámetro

• Los parámetros utilizados son:– Números– Biomasa– Producción– Eficiencia ecológica

Pirámides de números

• Las longitudes de los escalones son proporcionales al número de individuos

• La forma varía mucho en función del tamaño de los individuos

• No representan de forma clara las relaciones tróficas

• Pueden ser invertidas

Pirámides de biomasa

• La longitud de los escalones es proporcional al peso seco de todos los individuos de cada nivel

• Indican la cantidad de materia orgánica que puede servir de alimento a cada nivel trófico

• No expresan la cantidad que se transfiere de un nivel a otro

• Pueden ser invertidas

Pirámides de energía o producción

• La longitud de los escalones es proporcional a la energía producida por unidad de tiempo de todos los individuos de cada nivel trófico

• Dan un a buena visión de conjunto de las relaciones tróficas

• Nunca son invertidas• No presentan variaciones estacionales

CIRCULACIÓN DE LA MATERIA Y LA ENENERGÍA EN EL ECOSISTEMA

• La energía fluye de forma unidireccional desde los productores hacia los consumidores.

• La circulación de la materia es cíclica ya que los descomponedores reciclan la materia orgánica poniéndola a disposición de los productores

Selectividad

• P2. ¿Qué diferencia fundamental existe entre la circulación de la materia y la circulación de la energía en un ecosistema?

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

• Consisten en la circulación y transformaciones de los bioelementos a través de los componentes bióticos y abióticos de los ecosistemas.

• Intervienen procesos biológicos, geológicos y químicos.

• En todos los ciclos hay almacenes o reservorios que es el lugar donde se encuentra ese elemento en su mayor parte.

Tipos de ciclos biogeoquímicos

• Según la naturaleza del estado físico del almacén:– Ciclos gaseosos: el almacén se encuentra en la

atmósfera o hidrosfera. O y N. C– Ciclos sedimentarios: la reserva son el suelo, las

rocas y los sedimentos. S y P. C

CICLO DEL CARBONO

Ciclo del carbono

Principales almacenes de C: – Atmósfera (CO2)– Seres vivos (biomasa)– Rocas carbonatadas (CaCO3 )– Combustibles fósiles

Principales procesos de transferencia

– Fotosíntesis-respiración– Sedimentación– Combustión – Actividad volcánica

Intervención humana en el ciclo del carbono

• A través de la extracción de combustibles fósiles y su combustión se emiten a la atmósfera enormes cantidades de CO2.

Ciclo del nitrógeno

Principales reservorios• Atmósfera (N2)• Seres vivos (proteínas,

ácidos nucleicos)• Suelo (amonio, nitritos,

nitratos)

Procesos de transferencia• Descomposición• Nitrificación (nitrosomonas,

nitrobacter)

• Desnitrificación (Pseudomonas)

• Fijación biológica (Rhizobium)

• Agricultura (fertilizantes)

• Industria, automóviles (NOx, lluvia ácida)

• Deposición atmosférica seca y húmeda

Intervención humana en el ciclo del nitrógeno

• A través del uso de fertilizantes de síntesis química en los cultivos se incrementa el lixiviado y contaminación de ecosistemas acuáticos.

• También produce N2O (GEI) por desnitrificación lo que contribuye a aumentar el efecto invernadero

• Las combustiones en la industria y automóviles produce Nox

• Uso de detergentes con nitratos, contamina los ecosistemas acuáticos

Los nitratos usados en agricultura como fertilizantes pasan a los ecosistemas acuáticos y a las capas freáticas produciendo contaminación

PA4. CRÓNICA EN VERDE: La invasión de los nitratos “La aparición de elevadas concentraciones de nitratos en el agua para consumo humano ha afectado, durante las últimas semanas, al normal suministro de unos 200.000 andaluces, distribuidos en las provincias de Sevilla, Granada y Córdoba. El problema de la contaminación de cauces y acuíferos está muy extendido en la región, aunque sólo en los casos en que se ve afectada la salud pública suele ponerse de manifiesto”..........”Las intensas lluvias registradas durante el pasado invierno han contribuido, igualmente, a agravar la incidencia de estos episodios”.

En relación con la anterior noticia, aparecida durante la pasada primavera en un diario nacional, responda a las siguientes cuestiones: a) ¿Cuáles pueden ser las causas de la contaminación

de las aguas en estas áreas? b) b) ¿Por qué las intensas lluvias favorecen la

nitrificación de cauces y acuíferos? c) c) ¿Qué pasos seguirán estos nitratos en el proceso

general del ciclo del nitrógeno?

Ciclo del fósforo

Principales reservorios• Rocas fosfatadas • Seres vivos (ácidos

nucleicos, fosfolípidos)• Suelo (materia orgánica,

fosfatos)• Hidrosfera• Sedimentos

Procesos de transferencia• Fertilización• Descomposición• Absorción• Lixiviado• Sedimentación• Extracción

Intervención humana en el ciclo del fósforo

• Explotación de minas de fosfatos y guano para fabricación de abonos y detergentes. Eutrofizacíón

• Lixiviado de cultivos. Eutrofización• Los yacimientos de fósforo son recursos no

renovables

Selectividad

• T3. El ciclo de la materia en los ecosistemas. Elementos biolimitantes. Ciclos biogeoquímicos: carbono y nitrógeno.

• T4. Los ciclos del carbono y el fósforo en los ecosistemas.

Selectividad

• P3. ¿Cómo interviene la especie humana sobre el ciclo del fósforo?

• P4. Represente un esquema del ciclo biogeoquímico del nitrógeno.

• P5. En el ciclo del nitrógeno, ¿qué diferencia existe entre los procesos de desnitrificación y de nitrificación?

• P6. Indique las interferencias de las actividades humanas sobre el ciclo del carbono.

Selectividad

• P7. ¿En qué capa de la atmósfera se da la máxima concentración de CO2? ¿Por qué?

• P8. ¿Cuál es la principal interferencia de la especie humana en el ciclo biogeoquímico del carbono? ¿Qué efectos produce en el medio ambiente?

• P9. ¿Podría existir un ecosistema sin el nivel trófico de los descomponedores? Razone la respuesta