Ecología trófica · Ecología trófica Flujo de energía y ciclo de la materia Como ya hemos...
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Ecología trófica Flujo de energía y ciclo de la materia Como ya hemos visto, los ecosistemas se comportan como sistemas abiertos: intercambian materia y energía con el entorno Pero el comportamiento respecto de una y otra no es el mismo: La energía se consume La materia se recicla La Biosfera
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Ecología tróficaFlujo de energía y ciclo de la materia
Como ya hemos visto, los ecosistemas se comportan como sistemas abiertos: intercambian materia y energía con el entorno
Pero el comportamiento respecto de una y otra no es el mismo:La energía se consumeLa materia se recicla
La Biosfera
Flujo de energía y ciclo de la materia
Energía solar
Clorofila
Materia inorgánica
Pobre en energía
Materia orgánica
Rica en energía química
La Biosfera
Flujo de energía y ciclo de la materiaAunque la mayoría de la energía que entra en los ecosistemas es la procedente del sol, hay ecosistemas que obtienen energía mediante procesos quimiosintéticos, como las ya nombradas chimeneas negras de los fondos oceánicos
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Flujo de energía y ciclo de la materiaRespecto de la materia los ecosistemas siguen un comportamiento radicalmente distinto: Se recicla. Los seres vivos utilizamos siempre la misma materia desde que la vida apareció sobre la tierra¡Estamos hechos de material de derribo!
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Niveles tróficos
PRODUCTORES
CONSUMIDORES PRIMARIOS
CONSUMIDORES SECUNDARIOS
Organismos autótrofos, fotosintéticos o quimiosintéticos
Organismos herbívoros o fitófagos
Organismos carnívoros o zoofagos
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Niveles tróficos
DESCOMPONEDORES
También llamados detritívoros. Son el nivel trófico más olvidado
Obtienen la energía de restos de materia orgánica como animales o plantas muertos, restos orgánicos: pelos, plumas o productos de excreción como los coprófagos
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Estas biocenosis de descomponedores del suelo se reparten, aproximadamente de la siguiente forma:
40% Bacterias50% Hongos5 a 9% Protozoos0.4% (4000 indiv.) descomponedores macroscópicos:Colémbolos, ácaros, lombrices, nemátodos o gasterópodos
Microdescomponedores
Colémbolo
Ácaro Nemátodo
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Cadenas y redes tróficas
Las cadenas tróficas son sencillas de entender y nos permiten establecer relaciones entre diferentes organismos de 4 o 5 eslabones máximo
¿Por qué no podemos establecer cadenas más largas?
Veamos como se gestiona la energía consumida por la oruga…
Energía totalobtenida
Usada
Almacenada
Eliminada
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Ecología trófica.Cadenas y redes tróficas
Regla del 10%
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El zorro es una especie típicamente euritrófica
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Ecología trófica.Cadenas y redes tróficas
El oso panda y el águila imperial son dos típicas especies estenotróficas
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Redes tróficas
En los ecosistemas las cadenas tróficas son muy complejas y se entretejen entre si formando unas estructuras tipo red
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Ejemplo de las interacciones en una red trófica marina para comprobar la disminución de las capturas de bacalao en la costa noroeste de EE.UU.
Por tanto, las cadenas tróficas son de dos tipos: las que se inician en los fitófagos y las de los descomponedores
PRODUCTORES
CONSUMIDORES PRIMARIOS
DESCOMPONEDORES
CONSUMIDORES SECUNDARIOS
DETRITOS
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Por ejemplo en un bosque templado…El 50% de la energía bruta fijada es destinado al mantenimiento y la respiración.
El 50% restante se distribuye:13% se incorpora como nuevos tejidos2% es consumido por los herbívoros35% es utilizado por los descomponedores
Mantenimiento y respiración
Nuevos tejidos
Consumido por herbívoros
Consumido por descomponedores
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Los parámetros tróficos nos permiten cuantificar los flujos de energía entre niveles tróficos o comparar diferentes ecosistemas
►El parámetro básico es la BIOMASA o su equivalente en unidades energéticas
BIOMASA: unidades de masa (Kg, g, Tm) muy frecuentemente referidas por unidad de superficie (m2, a, ha… o de volumen (l, m3, hm3…) en ecosistemas acuáticos
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Si la expresamos como unidades de energía se puede hacer teniendo en cuenta que:
1 g de materia orgánica = 4-5 Kcaló 1 Kcal = 4180 Julios
La biomasa no es siempre un parámetro adecuado para entender el flujo energético, por esta razón se utiliza la PRODUCCIÓN.
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La PRODUCCIÓN se expresa como unidades de biomasa, o su equivalente energético, por unidades de superficie (o volumen) y tiempo. Por ejemplo:
Kcal/m2 año,Kg/Ha año, g/cm3 día
El parámetro más determinante de un ecosistema es la PRODUCCIÓN PRIMARIA, es decir la producción en el nivel de los productores, puesto que es la que condiciona al resto de los niveles tróficos.
También podemos hablar de PRODUCCIÓN SECUNDARIA para referirnos a la producción en el nivel de los consumidores
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Por último, respecto a la producción debemos distinguir entre:
●PRODUCCIÓN BRUTA: total de la energía fijada, o consumida, por un nivel trófico por unidad de tiempo.●PRODUCCIÓN NETA: la energía almacenada en un nivel trófico una vez descontados los gastos de respiración.
PRODUCCIÓN NETA = PRODUCCIÓN BRUTA - RESPIRACIÓN
La producción bruta es un parámetro que resulta difícil de estimar, en cambio, la P neta es más fácil de medir en unidades de Biomasa/tiempo
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PRODUCCIÓN PRIMARIA NETA Y BIOMASA VEGETAL DE LOS ECOSISTEMAS TERRESTRES
ECOSISTEMAS
ÁREA
106 Km2
Producción primaria neta
g/m2 año
Producción primaria neta mundial 109 t/año
Biomasa media por unidad de superficie
Kg/m2
Selva tropical 17 2000 34 44
Bosque tropical estacional 7.5 1500 11.30 36
Bosque perenne templado 5 1300 6.40 36
Bosque caducifolio templado 7 1200 8.40 30
Bosque boreal 12 800 9.50 20
Sabana 15 700 10.40 4
Tierras de cultivo 14 644 9.10 1.10
Bosques y monte bajo 8 600 4.90 6.80
Pastos templados 9 500 4.40 1.60
Tundra y pastos alpinos 8 144 1.10 0.67
Desiertos de matorrales 18 71 1.30 0.67
Roca, hielo, arena 24 3.3 0.09 0.02
Pantanos y marismas 2 2500 4.90 15
Lagos y cursos de agua 2.5 500 1.30 0.02
Total ecosistemas continentales 149 720 107.09 12.30
Arrecifes y lechos de algas 0.6 2000 1.10 2.00
Estuarios 1.4 1800 2.40 1.00
Zonas de afloramiento 0.4 500 0.22 0.02
Plataforma continental 26.6 360 9.60 0.01
Océano abierto 332.0 127 42.00 0.003
Total ecosistemas marinos 361 153 55.32 0.01
Vamos a definir un último grupo de parámetros tróficos: PRODUCTIVIDADLa PRODUCTIVIDAD (bruta o neta) es la relación entre
Producción y Biomasa
Productividad Bruta = Producción Bruta/ BiomasaProductividad Neta = Producción Neta/ Biomasa
A la Productividad Neta también se le denomina TASA DE RENOVACIÓN y se expresa como %.
Y a la inversa de la TASA de RENOVACIÓN…
Tiempo de renovación = Biomasa/ Producción neta
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La distribución de la producción primaria es muy desigual.
Los ecosistemas continentales tienen una producción primaria mayor que los océanos:
Media continental = 720 g/m2 al añoMedia oceánica = 153 g/m2 al año
Media Total Producción primaria mundial: 320 g/m2
año
En cambio, los ecosistemas más productivos, o con tasas de renovación más altas, son algunos ecosistemas acuáticos que tienen las condiciones óptimas para generar mucha materia orgánica en muy poco tiempo
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PRODUCCIÓN PRIMARIA NETA Y BIOMASA VEGETAL DE LOS ECOSISTEMAS TERRESTRES
ECOSISTEMAS
ÁREA
106 Km2
Producción primaria neta
g/m2 año
Producción primaria neta mundial 109
t/año
Biomasa media por unidad de superficie
Kg/m2
Productividad neta primaria
Tasa de renovación %
Tiempo de renovación
Selva tropical 17 2000 34 44 4,5 % 22 años
Bosque tropical estacional 7.5 1500 11.30 36 4,1 % 24 años
Bosque perenne templado 5 1300 6.40 36 3,6% 27 años
Bosque caducifolio templado 7 1200 8.40 30 4% 25 años
Bosque boreal 12 800 9.50 20 4% 25 años
Sabana 15 700 10.40 4 17,5 % 5,7 años
Tierras de cultivo 14 644 9.10 1.10 58,5 % 1,7años
Bosques y monte bajo 8 600 4.90 6.80 8,8 % 11,3 años
Pastos templados 9 500 4.40 1.60 31% 3,2 años
Tundra y pastos alpinos 8 144 1.10 0.67 21 % 4,6 años
Desiertos de matorrales 18 71 1.30 0.67 10 % 9,4 años
Roca, hielo, arena 24 3.3 0.09 0.02 16 % 6,1 años
Pantanos y marismas 2 2500 4.90 15 17 % 6 años
Lagos y cursos de agua 2.5 500 1.30 0.02 2500 % 15 días
Total ecosistemas continentales 149 720 107.09 12.30 5,8 % 17 años
Arrecifes y lechos de algas 0.6 2000 1.10 2.00 100 % 1 año
Estuarios 1.4 1800 2.40 1.00 180 % 200 días
Zonas de afloramiento 0.4 500 0.22 0.02 2500 % 15 días
Plataforma continental 26.6 360 9.60 0.01 3600 % 10 días
Océano abierto 332.0 127 42.00 0.003 4200 % 8 días
Total ecosistemas marinos 361 153 55.32 0.01 1530 % 23 días
Eficiencia ecológica
Se puede considerar otro parámetro trófico del ecosistema, y mide la relación entre las entradas y salidas (input/output).
Es decir, el balance entre la energía que entra en un sistema y la que queda retenida o es utilizable.
Lo podemos aplicar al ecosistema completo, o más frecuentemente,a un nivel trófico: productores, consumidores primarios…
Este parámetro, muy relacionado con la productividad, es muy útil a la hora de comparar ecosistemas sobre todo desde el punto de vista de su explotación por parte de los humanos.
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La eficiencia en el nivel trófico de los productores ( la eficiencia de la producción primaria) se mide como la energía asimilada/energía incidente
Es variable, pero oscila apenas entre el 3% y el 1%
Saccharum officinarum
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Factores limitantes de la producción primaria
●Luz●Humedad●Temperatura●Disponibilidad de nutrientes
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Estratificación en la selva tropical húmeda
EMERGENTES
DOSEL
SOTOBOSQUE TROPICAL
CAPA ARBUSTIVA
Ecología trófica.Factores limitantes de la producción primaria
LA DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES.►CO2
►Respecto a otros nutrientes: Nitratos, Fosfatos…es un factor limitante muy importante en los ecosistemas acuáticos, excepto en las zonas de afloramientotambién en ciertas condiciones puede faltar N en biotopos continentales
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LA DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES.Las plantas carnívoras son un ejemplo de adaptación a la falta de N
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Pirámides ecológicas
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Ecología trófica.Pirámides ecológicas
PRODUCTORES
CONSUMIDORES PRIMARIOS
CONSUMIDORES SECUNDARIOS
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PIRÁMIDES ECOLÓGICAS
Pirámide de números
Zorros
Conejos
Hierbas
Pirámide de biomasa o energía
Pirámide de producción neta
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Ecología trófica.PIRÁMIDES ECOLÓGICAS
Pirámide de producción neta y bruta de un ecosistema fluvial (Silver Springs, Florida) 103 Kcal/cm2año
8833
316
15
1478
59885988
945945
6767
6
La Biosfera
Ecología tróficaCiclo biogeoquímico del Carbono
CO2
fotosíntesis
respiración
C orgánico
C inorgánico
respiración
respiración
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Ecología tróficaCiclo biogeoquímico del Carbono
CO2
fotosíntesis
C orgánico
C inorgánico
respiración
C fósil
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N2
Ciclo biogeoquímico del Nitrógeno
Nitrógeno asimilable: NO3- y NH3
Fijación fisico-química del nitrógeno: 10%
Fijación biológica del nitrógeno: 90%
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La captación biológica del nitrógeno la llevan a cabo las “bacterias fijadoras del Nitrógeno”. En los ecosistemas acuáticos, básicamente cianobacterias de los géneros Nostoc, Anabaena y CalothrixEn el suelo: bacterias del género Azotobacter, y especialmente, bacterias simbióticas como Rhizobium.
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N2
Ciclo biogeoquímico del Nitrógeno
Nitrógeno orgánico: aminoácidos, nucleótidos
Nitrógeno orgánico
Amonificación: NH3
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N2
NO3-
Nitrógeno orgánico: aminoácidos, nucleótidos
Nitrógeno orgánico
NH3NO2-
NitrosomonasNitrobacter
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N2
NO3-
Nitrógeno orgánico
Nitrógeno orgánico
NH3NO2-
Desnitrificacióny Fijación de N
N
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Ciclo biogeoquímico del Fósforo
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Llamamos sucesión ecológica a los cambios que se producen en las comunidades (biocenosis) a lo largo del tiempo.
Estos cambios se producen porque unas comunidades sustituyen a otras
Cada una de esas comunidades que se suceden se denominan ETAPAS SERIALES
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SUCESIÓN en una laguna desecada
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Podemos distinguir dos tipos básicos diferentes:
– SUCESIÓN PRIMARIA: Es la colonización de un medio (hábitat) virgen.
– SUCESIÓN SECUNDARIA: Es la recuperación de un ecosistema que ha sufrido una perturbación
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SUCESIÓN PRIMARIA
– Comienza por la ocupación de un biotopo inerte, sin vida.
– La primera etapa serial está a cargo de los primeros colonizadores: los líquenes.
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La actividad de los líquenes va alterando levemente la roca y facilita la ocupación posterior por los musgos
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La etapa muscinal favorece la retención de agua y la formación de materia orgánica bajo los musgos.
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Esto permite la llegada de comunidades de pequeños invertebrados que, a su vez atraen a reptiles, o aves que aportan más materia orgánica
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La presencia de un suelo incipiente facilita el asentamiento de especies rupícolas
Sedum sp Umbilicus rupestris
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Las primeras plantas con raíces facilitan la llegada de pequeños arbustos
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Las aves pueden transportar semillas de plantas que pueden arraigar entre las grietas
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Colada del Volcán de la Corona (Lanzarote) aproximadamente 21000 años)
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4 años
9 años14 años
18 años
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27 años
Microsucesión en boñigas
Los primeros en llegar son los dípterosA los pocos minutos aparecen otras especies distintas…
Haematobia irritans
Sarcophaga carnaria
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Microsucesión en boñigas
Posteriormente llegan los primeros coleópteros
Sphaeridium scarabaeoides
Cercyon sp.
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Microsucesión en boñigas
Cuando se ha secado ligeramente aparecen otras especies de coleópteros que excavan galerías bajo los excrementos…
Geotrupes stercorarius
Onthophagus sp.
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Microsucesión en boñigas
Al cabo de unos días se forma una corteza atravesada por las galerías de las larvas y que mantiene el interior en condiciones óptimas para el desarrollo de el micelio de los hongos
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Coprinus cinereus
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Microsucesión en boñigas
Las comunidades que se suceden mantienen diferentes relaciones entre si…Las primeras son claramente coprófagas pero también aparecen especies depredadoras de las larvas y otras que se alimentan de estos otros, como las abubillas…
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Microsucesión en boñigas
Finalmente el material se integra en el ecosistema…
Este proceso dura entre 3 y 6 semanas, en el clima templado
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REGRESIONES
Cuando las perturbaciones, como el pastoreo o los incendios, se repiten los ecosistema entran en un proceso de regresión.Las etapas no se llaman seriales, sino regresivas, y las comunidades que aparecen son indicativas de este efecto.
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