Temas de hoy Concepto de ecosistema Atributos del

Temas de hoy ØConcepto de ecosistema ØAtributos del ecosistema: Biomasa Energía ØProcesos del ecosistema ü Producción bruta y neta. Primaria y secundaria ü Descomposición ØFlujos de materia y energía a través de un nivel trófico ØEficiencias de transferencia ØFlujo de materia y energía entre niveles tróficos ØPirámides de biomasa, energía y producción ØTasa de renovación y tiempo de residencia

Ecología de Ecosistemas Ecosistema Comunidad Ambiente Físico Compuesto por Formada por Seres vivos proveen Luz Energía Compuestos minerales Materia CO 2 Requieren El ecosistema es una Unidad Funcional Oxígeno Los componentes están vinculados por el Flujo de materia y energía La ecología de ecosistemas estudia los flujos de materia y energía.

¿Quiénes son los actores en el flujo de materia y energía? Ecología de poblaciones Procesos: reproducción, muerte, movimientos Unidades: Individuos Ecología de comunidades Procesos: Colonización, extinción, Interacciones Unidades: Especies o poblaciones Ecología de ecosistemas Procesos: flujos de materia y energía Unidades: niveles tróficos Conjunto de organismos que cumplen un mismo papel en el flujo de materia y energía

Ecosistema Seres vivos Producción Biomasa primaria Energía Química Elementos constitutivos Producción secundaria E- quim El cons Medio ambiente Energía solar o química Nutrientes Oxígeno CO 2 Agua Descomposición Biomasa: Cantidad de materia en organismos/unidad de área : toneladas/ha, Kcal/ha

¿En qué unidades medimos la producción y la descomposición? Acumulación de biomasa Producción Descomposición Fijación de energía Degradación de la biomasa Liberación de energía Entonces las unidades serán: ∆ Masa Referida a un tiempo y espacio ∆Masa o peso/unidad de tiempo*unidad de área Toneladas/ha*año Kg/m 3* mes ∆Biomasa/ unidad de tiempo ∆ Energía/unidad de tiempo*unidad de área Kcal/ha*año Cal/m 3*mes

Circulación de materia y energía Autótrofos Producción Fuentes de energía y materia orgánicas Producción secundaria primaria Fuentes de energía y materia inorgánicas Descomponedores Se alimentan de organismos muertos, desechos, heces. Heterótrofos Consumidores Se alimentan principalmente de organismos vivos

Producción primaria Fijación de energía y síntesis de materia a partir de compuestos inorgánicos por parte de organismos autótrofos o productores P. Primaria bruta Total de la energía asimilada y biomasa sintetizada por los autótrofos R Respiración Gastos metabólicos PPN Excreción P. Primaria neta Costo de Biosíntesis PPB- R Energía perdida. Materia que pasa a descomponedores o al medio Biomasa y energía acumuladas disponibles para los siguientes niveles tróficos

Producción secundaria Fijación de energía y síntesis de materia a partir de compuestos orgánicos por parte de organismos heterótrofos P. Secundaria bruta Total de la energía asimilada y biomasa sintetizada por los heterótrofos Gastos metabólicos Respiración Excreción Costo de Biosíntesis Energía perdida. Materia que pasa a descomponedores o al medio P. Secundaria neta PSB- R Biomasa y energía acumuladas disponibles para los siguientes niveles tróficos

Los cambios en la materia y energía están acoplados e involucran reacciones de óxido- reducción Oxidación Reducción Producto con más energía Reactivo (con más energía) Producto con más energía Reactivo con menos energía Producto (con menos energía) Reducción FS E solar R Energía que pasa Reactivo con menos energía Energía perdida del sistema

Producción neta del ecosistema Producción primaria bruta – Respiración total Por autótrofos Cantidad de carbono fijado – cantidad de carbono liberado ¿Signo? Producción autóctona Respiración de auto y heterótrofos Producción alóctona

El camino de la energía en un nivel trófico n A descomponedores No Ingerido Disponi ble: PN n-1 Ingerido Eficiencias No utilizado Asimilado: Producción bruta Disponible para otro nivel trófico Producción neta Respiración Eficiencia de explotación: Ingerido/disponible Eficiencia de asimilación: Asimilado/ingerido Eficiencia de producción neta: Producción neta/Asimilación Eficiencia ecológica de un nivel trófico: Ef. Explotación*Ef. Asimilación* Ef. Producción neta: PNn/PNn-1

El camino de la energía del nivel trófico herbívoro No utilizado: heces Disponi ble: Disponible para nivel carnívoro Ingerido PPN Eficiencias Asimilado: Producción bruta Producción neta de herbívoros Respiración Eficiencia de explotación: Ingerido/disponible Eficiencia de asimilación: Asimilado/ingerido Eficiencia de producción neta: Producción neta/Asimilación Eficiencia ecológica de nivel herbívoro: Ef. Explotación*Ef. Asimilación* Ef. Producción neta: PN herb/PPN

El camino de la energía en un nivel trófico: Productores Luz que no incide sobre hojas Disponi ble: E solar Luz Incidente sobre hojas No utilizado: luz no FS Disponible para nivel herbívoro FS total: Producción bruta Producción neta Respiración Eficiencia de explotación: Incidente sobre tejidos FS/radiación incidente Eficiencia de asimilación: E fijada en FS total/radiación incidente sobre hojas Eficiencia de producción neta: Producción neta/FS total Eficiencia ecológica de productores: Ef. Explotación*Ef. Asimilación* Ef. Producción neta: PPN/energía solar incidente

El camino de la energía en un nivel trófico n No Ingerido: No utilizado: 800 Disponi ble: PN n-1 Ingerido: 0, 2 x 1000 =200 - 100= 100 Asimilado: 100 kg/ha año 1000 Respiración kg/ha Eficiencias año Eficiencia de explotación: Ingerido/disponible: 0, 2 Disponible para otro nivel trófico Producción neta: 10 kg/ha año 100 -10= 90 kg/ha año Eficiencia de asimilación: Asimilado/ingerido 100/200=0, 5 Eficiencia de producción neta: Producción neta/Asimilación: 10/100= 0, 1 Eficiencia ecológica de un nivel trófico: Ef. Explotación*Ef. Asimilación* Ef. 10/1000= Producción neta: PNn/PNn-1 0, 01 0, 2 x 0, 5 x 0, 1: 0, 01

¿De qué dependen las eficiencias? Eficiencia de explotación Relación entre lo que ingiere Disponibilidad (o accesibilidad) del un nivel y lo disponible recurso Especializaciones del consumidor Especialista Depende de

Distinta disponibilidad

Eficiencia de explotación de la luz: depende de la disposición de las hojas

Eficiencia de asimilación ¿Cuánto queda de lo que como? Depende de la relación entre lo que se asimila y lo indigerible (que sale con las heces): de la naturaleza del material y la especialización

Eficiencia de producción neta: ¿cuánto se convierte en nueva biomasa de lo que asimilo? Depende de Cuánto cuesta mantener el metabolismo Gastos termorregulación Actividad

Flujo de energía entre el ambiente y entre niveles tróficos Energía solar Autótrofos CO 2 H de C FS Energía química Nutrientes Agua R NC Heterótrofos Hongos, bacterias PPN R Producción secundaria bruta Otros compuestos Producción primaria bruta Crecimiento. PSN R Crecimiento. PSN NC

Flujo de energía a través del ecosistema Cadena herbívoros SOL Productores Carnívoros 1 Carnívoros 2 Sistemas acuáticos Descomponedores Respiración Herbívoros Cadena descompone dores Sistemas terrestres

Flujo de materia a través del ecosistema Productores Carnívoros 1 Carnívoros 2 Aumenta la energía por unidad de biomasa Descomponedores Herbívoros Medio ambiente

Productores Herbívoros Carnívoros 1 Carnívoros 2 Disminuyen la biomasa y energía total del nivel trófico Aumenta la cantidad de energía por unidad de biomasa

¿Cuántos niveles tróficos puede haber en un ecosistema? La producción vegetal se sostiene a partir de la energía de la luz solar y de nutrientes inorgánicos. A lo largo de la cadena trófica la energía fijada por las plantas se va perdiendo de acuerdo a las eficiencias ecológicas de los distintos niveles tróficos La producción primaria neta y la eficiencia ecológica promedio ponen un límite al número de niveles tróficos E(n)= PPN* Ee promedio(n-1) E(n)= energía disponible para el nivel trófico n Ee promedio= eficiencia ecológica promedio

Ejemplo PPN x Ef ecológica herbívoros= PN herbívoros x Ef ecológica carnívoros 1= PN carnívoros 1 x Ef ecológica carnívoros 2= PN carnívoros 2 PPN= 10000 ton/ha año Ef ecológica herbívoros= 0, 2 Ef ecológica carnívoros 1= 0, 3 Ef ecológica carnívoros 2= 0, 3 PN carnívoros 2= ? (10000 ton/(ha año) ) x 0, 2 x 0, 3= 6 ton/ha x año

¿Cómo son las relaciones de biomasa y energía entre niveles tróficos? C 2 Carnívoros 1 Herbívoros Productores Biomasa o Energía ¿Pueden invertirse estas pirámides? C H P Biomasa Producción

Introducimos dos nuevos conceptos: Tasa de renovación: Producción neta /biomasa= (Ton/año*ha)/(ton/ha)= 1/año= 1/tiempo Con qué velocidad se renueva la biomasa presente en un lugar o en un nivel trófico y su inversa: Tiempo de residencia: Biomasa/Producción neta= tiempo Cuánto tiempo permanece la biomasa en un sistema o en un nivel trófico

Las relaciones de biomasa de los niveles tróficos dependen de la tasa de renovación

Sistemas acuáticos Marismas Plataforma continental Desiertos, océanos Selva tropical Sistemas terrestres Máximos y mínimos semejantes. Mayor biomasa en tierra Producción: biomasa producida durante el año Biomasa: biomasa promedio en un instante

Sistemas acuáticos Sistemas terrestres Tasa de renovación: Relación PPN/B 0, 042 para selvas 0, 29 otros sistemas terrestres 17 sistemas acuáticos Tiempo de renovación: B/PPN 1 -20 años en tierra 0, 02 -0, 06 años en agua

Características generales de los ecosistemas ØEstán formados por elementos bióticos y abióticos ØSon sistemas abiertos ØLa interacción entre elementos determina retroalimentación (+B+P, +P+B) ØLas interacciones determinan redes tróficas ØSon sistemas jerárquicos: hay un orden ØCambian en el tiempo ØTienen propiedades emergentes

Variables y procesos que definen un ecosistema • Biomasa • Niveles tróficos • Fuentes de energía • Producción • Descomposición/ Renovación de nutrientes • Ciclo hidrológico y de los elementos • Movimiento/transporte

Clasificación de ecosistemas Flujo de energía anual (kcal/m 2) Adaptado de Ghersa 2005 Ecosistemas Naturales Energía solar No subsidiados 1. 000 - 10. 000 Bosques, pastizales Subsidiados 10. 000 - 40. 000 Marismas, estuarios Subsidiados Ecosistemas humanos 10. 000 - 40. 000 Agricultura, acuicultura Energía solar + combustibles Urbanoindustriales Ciudades, parques industriales Combustibles 10. 000 - 3. 000

Producción primaria Fuente de energía Plantas verdes Bacterias quimiosintéticas Luz solar Fuente de carbono CO 2 Agente reductor Agua Calor CO 2 Agua Oxidación de NH 4 CO 2 H 2 S Luz

¿Cómo se mide la producción primaria? Durante la FS CO 2 Hidratos de carbono Agua Nutrientes Biomasa Cambios en la concentración o cantidad de cualquier elemento podrían servir para estimar la producción primaria.

Tiempo entre t+1 y t ¿Producción bruta o neta? ¿Producción total? Método de cosecha Medida de biomasa en t+1 Medida de biomasa en t (Bt+1 -Bt)/(t+1 -t) Cosecha en parcelas

Medida de producción primaria en medio acuático: basado en cambios en el O 2 FS Luz O 2 CO 2 R Cámara clara Diferencia de concentración de O 2/u de tiempo Producción primaria neta O 2 CO 2 R Oscuridad Cámara oscura Diferencia de concentración de O 2/u de tiempo Respiración Producción primaria bruta Dif. O 2/u de tiempo día+ dif O 2/u de tiempo noche FS total

Métodos de medición de tasa de fijación de CO 2 y liberación de O 2 En medio terrestre: diferencias en CO 2 FS O 2 CO 2 R Oscuridad Luz Noche Día Diferencia de concentración de CO 2/u de tiempo Producción primaria neta Diferencia de concentración de CO 2/u de tiempo Respiración Producción primaria bruta Dif. CO 2/u de tiempo día+ dif CO 2/u de tiempo noche FS total

Método de consumo de Carbono 14: mejor en sistemas de baja producción Plantas C Cámara de 1 litro Prop C 14= 0, 05 T= 1 hora (FS + respiración) Plantas= 10 gr C 14 total absorbido (10 gr) = 0, 05* C total absorbido: 10/0, 05= 200 gr Producción Primaria Neta: 200 gr C/hora*litro

Otras formas de estimar la PPN §Contenido de clorofila por absorbancia: se usa para estimar biomasa algal , a su vez relacionada con PPN §IVN= NDVI (Indice de vegetación normalizado): mide la radiación reflejada por la superficie terrestre: se puede estimar lo absorbido por unidad de tiempo: biomasa y producción Sensores remotos (en satélites) Análisis de la radiación reflejada: tejidos verdes absorben en el Rojo y reflejan el Infrarrojo. IVN= (IR-R)/(IR+R) En la luz reflejada por la tierra Relacionado con biomasa vegetal, superficie foliar y PPN

üEl IVN permite estimaciones de biomasa vegetal y PPN a escala regional. üLa longitud de onda de la luz reflejada permite mapear áreas cubiertas con vegetación y áreas con suelo desnudo üDistintos tipos de vegetación reflejan en distintas longitudes de onda

Reflectancia según la longitud de onda del suelo vegetado y suelo desnudo Vegetación Suelo desnudo

Curva anual de IVN Resolución: pixeles de 8 x 8 Km