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PRODUCTIVIDAD EN ECOSISTEMAS. Los ecosistemas son sistemas procesadores de energía, en los que los procesos ecológicos vitales como el ciclado de nutrientes son operaciones que consumen energía.
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Los ecosistemas son sistemas procesadores de energía, en los que los procesos ecológicos vitales como el ciclado de nutrientes son operaciones que consumen energía. • Los esfuerzos analíticos destinados a deducir la optimización funcional de los ecosistemas deben evaluar los “costes” energéticos de la función del sistema en el contexto de los procesos internos del sistema. • Todos los ecosistemas, independientemente de su tipo o complejidad parecen exhibir propiedades comunes de persistencia y crecimiento. • Cualquier concepto sobre la función del ecosistema debe reconocer que los ecosistemas son unidades procesadoras de energía reguladas por los ciclos de elementos nutrientes en el sistema, a la vez que inextricablemente ligadas a ellos.
Variables de estado del ecosistema y el ambiente biológico • Los cuatro puntos anteriores definen los componentes esenciales para la función y persistencia del ecosistema. • Una base de energía solar, organismos reguladores y de un fondo de energía orgánica. • A este nivel se hallan mezclados inextricablemente el flujo de energía y el ciclado de los elementos. • Metabolismo del ecosistema: al analizar al ecosistema en términos de los costos energéticos del intercambio material, se hace posible establecer un marco de referencia común para el metabolismo comparado del ecosistema.
En el concepto de función de ecosistema, la sucesión biológica no se considera como un principio fundamental de la función del ecosistema, el resultado final es un estado de biomasa persistente máxima.
DEFINICIÓN DE PRODUCCIÓN PRIMARIA • Producción , término empleado para describir los , procesos de entrada de energía y almacenamiento en los ecosistemas • Producción Primaria.- Entradas en las que se transforma la energía luminosa en energía química por los productores. • Producción primaria bruta y Producción primaria neta • Producción Secundaria.- Entradas de energía en animales y algunos microorganismos • La Unidad básica del metabolismo es siempre el organismo, incluso si los individuos están conjuntados en comunidades
LEYES DE LA TERMODINÁMICA • Primera Ley • La entrada de energía en un sistema se emplea para realizar un trabajo o queda almacenada en el sistema • Se formula como: Q = ΔΕ + W • Q es la entrada de energía en el sistema • ΔΕ es el cambio de energía en el sistema • W es el trabajo realizado por el sistema
Leyes de la termodinámica en ecosistemas • En ecología esta primera ley de la termodinámica se ha expresado en la forma siguiente: PB = PN + R • PB es la producción bruta , o la tasa de energía que se , invierte en el ecosistema • PN es la producción neta o la tasa de acumulación de energía en el ecosistema • R es la respiración o la tasa de conversión de energía en trabajo en el ecosistema • BIOMASA.- Contenido total de energía almacenada en los organismos
Segunda Ley de la termodinámica • La entropía de un sistema aislado siempre aumenta. • La entropía es una medida de aleatoriedad, desorden o caos en un sistema S → max • Los ecosistemas naturales presentan un elevado orden • Sistemas cerrados.- Procesos irreversibles, aumento de la energía • Sistemas abiertos.- Disminución de la entropía por entrada de energía externa
EFICIENCIA FOTOSINTÉTICA • Incidencia Máxima: (7000 Kcal./m m2 día) • 45% del total (400-700 nm) ⇒ 55% de energía no se utiliza • 30% se disipa en absorción inactiva, la restante se emplea para la formación de intermediarios fotoquímicos que transfieren su energía desde la fotosíntesis • De la energía total que llega a los productores primarios, solo el 28% se absorbe y puede llegar a formar parte de la energía del ecosistema • En definitiva un 9% de la energía del Sol, puede transformarse en compuestos estables de carbono, oxígeno e hidrógeno (CH2O)
Consideraciones • La fotosíntesis es uno de los procesos fotoquímicos más eficientes que se conocen • Los organismos fotosintéticos, son la única forma biológica importante por la cual la energía solar es transformada en energía de enlace químico
TIPOS DE FOTOSÍNTESIS • La Fotosíntesis es el punto inicial para el estudio del metabolismo de comunidades • La Fotosíntesis se puede expresar con la siguiente ecuación: • 12 H2O + 6 CO2 + E. solar → C6H12 O6 + 6 O2 + 6 H2O • La Respiración es opuesta a la Fotosíntesis: • C6H12 O6 + O2 → CO2 + H2O + Energía para trabajo y mantenimiento
Producción Primaria Neta • En equilibrio la Fotosíntesis igualaría a la Respiración y a ello se da el nombre de Punto de Compensación • ¿Qué parte de la energía fijada por fotosíntesis pierden las plantas por respiración? • En los bosques (del 50 al 75%) • Comunidades herbáceas (del 45 al 50%) • El resultado de estas pérdidas es que para una amplia gama de ecosistemas terrestres, casi el 1% de la luz solar recibida se transforma en Producción Primaria Neta
PRODUCCIÓN PRIMARIA TERRESTRE • La temperatura y la pluviosidad son dos variables climáticas que pueden considerarse de gran importancia como determinantes de la producción primaria terrestre • La efectividad de la precipitación depende: • Su estado físico (lluvia, nieve) • Su intensidad y distribución • Del relieve como regulador de la escorrentía y de las propiedades físicas del suelo, que influyen en la disponibilidad del agua
Clima: como determinante de la productividad • Variación de la Producción Primaria en función de la precipitación y temperatura media anual
Patrones diarios de asimilación de CO2 por un abeto durante la primavera (a) y verano (b) La fotosíntesis y la respiración resultan afectadas por la temperatura y en la primera también por la intensidad de la luz
Evapotranspiración • La evapotranspiración es la cantidad de agua que pasa a la atmósfera por evaporación, desde el suelo y la transpiración de las plantas
Distribución de la Producción Primaria, biomasa en pie y entrada de radiación con respecto a las lluvias y temperaturas
Otros controles de la productividad Nutrición de las plantas • En muchos ecosistemas, los nutrientes del suelo pueden actuar como limitantes directos • La aplicación de fertilizantes en un ecosistema de plantas herbáceas, dio como resultado la producción neta de 43 g/m2 día, mientras que en las áreas de control era de 28 g/m m2 • Respuesta ecológica: asociaciones simbióticas y micorrizas
Herbivoria: Efecto producido por los herbívoros en la producción de las partes aéreas de la vegetación • Rebrote de gramíneas no cosechadas y cosechadas por pastoreo, en un ecosistema africano • Estimulación potencial de la Producción Primaria neta por el consumo de tejidos por herbívoros
Producción de las raíces • Los ciclos anuales de biomasa aérea y subterránea tienden a estar relacionados inversamente • Configuraciones estacionales del cambio de biomasa en una comunidad de plantas herbáceas en clima templado
Concepto de: Productividad:Es la velocidad de almacenamiento de la energía en el ecosistema y puede subdividirse en: Primaria: Se refiere a la velocidad a que la energía es almacenada por efecto de la actividad fotosintética; este almacenamiento se lleva a cabo en forma de materiales orgánicos susceptibles de ser utilizados como el almidón, la sacarosa y la glucosa que están presentes en hojas, raíces, tallos y frutos de los vegetales. PRODUCTIVIDAD Secundaria:Es la velocidad de almacenamiento de la energía en el nivel de los consumidores y desintegradores; este almacenamiento ocurre en el nivel de la biomasa que constituye el cuerpo de estos organismos.
Productividad primaria, se divide: PRODUCTIVIDAD PRIMARIA BRUTA: Se le denomina así cuando se considera la totalidad de la energía química almacenada por los productores en forma de materia orgánica (incluida la consumida en la respiración). PRODUCTIVIDAD PRIMARIA NETA (PPN): También llamada de asimilación, es denominada así cuando sólo se tiene encuenta elaumento final de biomasa de los productores. Habitualmente se mide en gramos de peso seco por metro cuadrado de superficie y día.
Potencial productor de la vegetación mundial: acumulación de materia seca y fijación de energía.
