ECOSISTEMAS

Sistema integral compuesto de una comunidad biótica, su ambiente abiótico y sus interacciones dinámicas

Unidad de organización ecológica

AutótrofosProducen materia orgánica a

partir de nutrientes y una fuente de energía

HeterótrofosSe alimentan de materia orgánica para obtener energía

Plantas fotosintéticasUtilizan clorofila para

absorber energía de la luz

Bacterias fotosintéticas

Utilizan pigmentos para absorber energía de la luz

Bacterias quimiosintetizadoras

Utilizan químicos inorgánicos ricos en energía (p.ej., H2S)

Herbívoros(Consumidores primarios)

Animales que se alimentan de plantas

Productores

OmnívorosAnimales que se alimentan de

plantas y animales

Carnívoros(Consumidores secundarios)

Animales que se alimentan de consumidores primarios

Carnívoros secundarios(Consumidores terciarios)

Animales que se alimentan de otros carnívoros

ParásitosPlantas o animales que se asocian a otras plantas o

animales y se alimentan de ellos por un largo período

Consumidores

Detritívorossecundarios

Organismos que se alimentan de detritívoros

primarios

Detritívorosprimarios

Organismos que se alimentan directamente de

detritos

DescomponedoresHongos y bacterias que descomponen la materia

Detritívoros y descomponedores

Límite del ecosistemaFotosíntesis

Herbívoro

Carnívoro

Detritívorosy

descomponedores

Respiración

Input OutputNutrientes disponibles

Sistema de producción

primaria

Respiración de plantas

Superficie del suelo

Inmigración/emigración

Respiración

Reflejada por la atmósfera

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

Energía

solar

entrante

(100 %)

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 e n el proceso de fotosíntesis

Productividad primaria

Eficiencia de producción primaria bruta

=Energía fijada por PPB

Energía incidente

kcal/m 2 /añog/m 2 /año

Productividad primaria neta(PPN)

Productividad primaria bruta(PPB)

Respiración por autótrofos(R)

–=

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

40 - 50%< 1,5%Cultivos

40 - 50%1 - 2%Praderas y comunidades herbáceas

50 - 75%2 - 3,5%Bosques

> 0,5%Plantas acuáticas

enraizadas y algas de poca profundidad

10 - 40%< 0,5%Comunidades de fitoplancton

% RespiradaEficiencia de la PPB

Por

cent

aje

de e

ficie

ncia

de

la P

PB

Variación de la eficiencia en relación a las historias de vida

Productividad primaria neta (Mg C/ha/año)

INTENSIDAD DE LUZ

FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA EN MEDIOS TERRESTRES

Pro

duct

ivid

ad p

rimar

ia n

eta

Punto de saturación

Punto de compensación

Intensidad de luz

La fotosíntesis balancea la pérdida por respiración

Más allá del punto de saturación, la luminosidad no afecta a la PPN

PRECIPITACIÓN

Precipitación (mm)

Pro

ducc

ión

(g/m

2 /añ

o)

Precipitación (mm/año)

TEMPERATURA EVAPOTRANSPIRACIÓNN

PP

(M

gC/h

a/añ

o)

Temperatura media anual (ºC)

Log 10 Evapotranspiración actual (mm/año)

Log

10P

PN

(g/

m2 )

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 )

NP

P (

g/m

2 /añ

o)

Tratamiento

Control c/P c/N c/P y N

N es el primer limitante

P es el segundo limitante

0

100

200

300

NUTRIENTES

Carex subspathacea

(Cargill &Jefferies 1984)

CO2

Día del año

Bio

mas

a aé

rea

acum

ulad

a (m

g)

Día del año

Bio

mas

a aé

rea

acum

ulad

a (m

g)

(Smith et al. 2000)

Larrea tridentata

Productividad primaria en ambientes acu áticos

FACTORES QUE LIMITAN LA PRODUCTIVIDAD PRIMARIA EN AMBIENTES ACUÁTICOS

LUZ Respiración

PPN

Producción bruta

Intensidad de luz(m

edida como porcentaje de los

valores de superficie)

Pro

fund

idad

(m

)

Pequeños arroyos Grandes ríos

Materia orgánica alóctona

Materia orgánica

autóctonaMacrófitas

Algas arraigadas

Fitoplancton

Con

trib

ució

n re

lativ

a al

ca

rbon

o or

gáni

co to

tal

MATERIA ORGÁNICA

NUTRIENTES

(Downing et al. 1999)

(Mentzel & Ryther 1961)

Efecto de consumidores primarios y nutrientes

(Gruner et al. 2008)

(Ritchie et al. 1998)

(Maron et al. 2006)

Nivel tróficoNivel trófico - 1Producción al nivel trófico nIngestión al nivel trófico nAsimilación al nivel trófico n

Producción de las plantas

No consumido

Respiración

Heces

detritos

Producción de herbívoros

1-n

n

n

n

n

n

1-n

n

ProdProd

trófica Eficiencia

AProd

producción de Eficiencia

IA

nasimilació de Eficiencia

ProdI

consumo de Eficiencia

=

=

=

=Flujo de materia y energía

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 JRespiración celular 807 J

La pirámide puederepresentar números,

biomasa, energíaconsumida por año,

etc.

Hipótesis de Elton: los depredadores deben se más grandes que laspresas para someterlas

C. Elton (1927) observó que los depredadores tienden a ser másgrandes y menos numerosos que sus presas

“pirámide de números” o “pirámide Eltoniana”

0,1%

1%

10%

100%

Productores

Consumidores

primarios

Cons.

Secund.

Cons. Terc.

Pirámide ecológica

Charles Elton(1900-1991)

Aves

Insectos predadoresInsectos

Plantas Árboles

Consumidores secundarios

Consumidores primarios

Productores

Consumidores terciarios Aves

Insectos predadores

Insectos

Pastizal (USA): abundancia/0.1 ha

Bosque templado (GBR): abundancia/0.1 ha

Consumidores secundarios

Consumidores primarios

Productores

Consumidores terciarios

Descomponedores Zooplancton

Fitoplancton

Pantanos de Florida (USA): kcal/m 2

Canal de la Mancha (GBR): g/m 2

PIRÁMIDE DE BIOMASA

PIRÁMIDE DE NÚMERO

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 secundarios

Consumidores primarios

Productores

Consumidores terciarios

Descomponedores

Pantanos de Florida (USA): kcal/m 2/año

Biomasa de productores

Consumido

No consumido

Digerido

No digerido

Bio

mas

a de

l prim

er n

ivel

tróf

ico

Heces

Energía para la actividad

Calor

Crecimiento

Biomasa de consumidores primarios

Para primer nivel trófico: detritívoros

Biomasa de consumidores secundarios

Consumido

No consumido

Biomasa del segundo nivel trófico

Calor

Energía

Heces

Biomasa del tercer nivel trófico

Invertebrados vs. vertebrados vs. vertebradosectotermos ectotermos endotermos

Yodzis (1984) analizó 34 tramas tróficas para analizar la influenciade la eficiencia de la energía en el largo de las cadenas tróficas.

Si la hipótesis fuera válida se esperaría que:

> >

Detritos al 100% del nivel natural (938 g/m2/año), 10% del nivel natural , 1% del nivel natural.

Estudio seguido por 48 semanas

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 lascadenas.

Utilizó baldes de plástico para simular agujeros de árboles llenos de agua con diferente cantidad de detritos para generar un gradiente de productividad

Jenkins et al. (1992) pusieron a prueba directamente la hipótesis de eficiencia de conversión de energía

¿Qué determina el largo de las tramas troficas? ¿La energía disponible?

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

1. Lixiviación

2. Fragmentación

3. Alteración química

PROCESOS

DESCOMPOSICIÓN

tkt eLL ⋅−⋅= 0

Tasa de descomposición

Tiempo de residencia

kTR1=