circulacion de la energía en la biosfera

A Biosfera

Circulación de materia e enerxía

• INTRODUCCIÓN

• RELACIÓNS TRÓFICAS

• PARÁMETROS TRÓFICOS

• PIRÁMIDES TRÓFICAS

• LIMITACIÓNS Á PRODUCCIÓN

PRIMARIA

• CICLOS BIOXEOQUÍMICOS

BIOSFERA

Esfera ou cuberta formada polo conxunto de seres vivos = Área

ocupada pola materia viva = Sistema formado por todos os seres

vivos da Terra

ECOSISTEMA

Sistema constituido polos compoñentes bióticos e abióticos

dunha área que nós delimitamos, considerando istos como un

conxunto (visión holística)

Comunidade ou

Biocenose, conxunto de

seres vivos

Biotopo, parte non

viva (auga, aire,

rochas)

Relacións entre

os compoñentes+ +

ECOSISTEMA=

ECOSFERA

Ecosistema formado por todo o planeta

BIOMAS

Son os diferentes ecosistemas que hai na Terra

A BIOSFERA (SISTEMA ABERTO) :

• Retén a enerxía o máximo de tempo que pode

• Retén a materia de forma indefinida mediante o seu reciclado

• A pouca materia que abandona a biosfera fai o percorrido (ciclos bioxeoquímicos) por

outros sistemas terrestres (atmósfera, hidrosfera y geosfera)

(sistema pechado)

Relacións tróficasRelacións entre os diferentes organismos dun

ecosistema, en función de cómo se transfire o

alimento

.

Materia orgánica + O2 —――→ CO2 + H2O + ENERXÍA

A maioría dos seres vivos obteñen a enerxía necesaria para realizar

os procesos vitais, a partir da oxidación da materia orgánica, proceso

coñecido como RESPIRACIÓN

A materia orgánica proporciona ademáis de enerxía, a materia

necesaria para que os seres vivos poidan fabricar os seus propios

compoñentes.

RELACIÓNS TRÓFICAS

O alimento proporciona materia orgánica ós seres vivos que

constitúen un ecosistema

INTRODUCCIÓN

Según como consigan a materia orgánica temos:

SERES VIVOS AUTÓTROFOS: conseguen a materia orgánica

fabricándola eles mesmos, a partir de sustancias inorgánicas

minerais e gasosas.

Son os que fabrican a materia orgánica nun ecosistema, por iso

chámanse PRODUCTORES.

SERES VIVOS HETERÓTROFOS, é dicir, incapaces de fabricar a súa

propia materia orgánica.

Posto que non poden fabricala, deben conseguila consumindo as

partes orgánicas doutros seres vivos, por iso chámanse

CONSUMIDORES

Algúns seres vivos heterótrofos atópanse ó final das cadeas,

transformando todos os restos orgánicos de seres vivos en materia

mineral ou inorgánica, dispoñible de novo para os productores.

Estos seres nun ecosistema son os DESCOMPOÑEDORES

As relacións tróficas dun ecosistema represéntanse por CADEAS TRÓFICAS ou

por REDES TRÓFICAS

Según se produza a transferencia do alimento, dentro das cadeas e redes tróficas

distínguense varios NIVEIS TRÓFICOS:

PRODUCTORES

ORGANISMOS AUTÓTROFOS, capaces de “fabricar” ou sintetizar

materia orgánica a partir da materia mineral ou inorgánica

A síntese de materia orgánica require gasto de enerxía.

Dita enerxía debe conseguirse dunha fonte externa

CO2 + H2O + ENERXÍA —――→ Materia orgánica + O2

Según o tipo de enerxía utilizada temos:

ORGANISMOS FOTOSINTÉTICOS (utilizan a

enerxía da luz solar, realizan o proceso da

FOTOSÍNTESE)

Bacterias fotosintéticas e Cianobacterias

Algas unicelulares e pluricelulares

Plantas superiores

ORGANISMOS QUIMIOSINTÉTICOS (utilizan a enerxía que desprenden

algunhas reaccións químicas espontáneas, fan o proceso de QUIMIOSÍNTESE)

Bacterias oxidantes do xofre (manantiais sulfurosos, fumarolas)

CADENA TRÓFICA DAS FUMAROLAS DAS DORSAIS OCEÁNICAS

Os procesos de FOTOSÍNTESE ou QUIMIOSÍNTESE producen a transferencia

de enerxía dende o medio ata o seres vivos:

ENERXÍA ENERXÍA QUÍMICA

(solar ou de oxidación química) (contida nos enlaces da materia orgánica)

A materia orgánica non usada polos productores para obter

enerxía almacéase nos tecidos destes seres vivos (nas plantas

forman as follas, troncos, froitos, raíces)

Polo tanto, os tecidos dos productores (plantas, algas, etc.) constitúen

unha importante reserva de sustancias orgánicas (materia e enerxía) que

pode ser transferida a outros seres vivos do seguinte nivel trófico

(consumidores) en forma de alimento.

Os productores son o primeiro eslabón de todas as cadeas e redes

tróficas

CONSUMIDORES

Organismos heterótrofos que obteñen a materia orgánica consumindo

directa ou indirectamente ós productores.

• HERBÍVOROS ou CONSUMIDORES PRIMARIOS: os que se nutren

directamente dos seres autótrofos, sobre todo vexetais. Por exemplo un

rato que come cereais.

• CARNÍVOROS ou CONSUMIDORES SECUNDARIOS: os que se nutren

de herbívoros, consumen a materia orgánica fabricada polos productores

de forma indirecta. Por exemplo un raposo que come un rato.

• CARNÍVOROS FINAIS ou CONSUMIDORES TERCIARIOS: os que se

nutren de carnívoros, como un lobo ou un águia, que poden comer un

raposo.

TIPOS DE CONSUMIDORES

Algúns casos especiais de consumidores:

OMNÍVOROS: aliméntanse de máis dun nivel trófico. Por exemplo o xabarí

pode comer patacas (herbívoro) ou comer larvas de insectos ou ovos de

páxaro (consumidor secundario ou aínda terciario).

CARROÑEROS ou NECRÓFAGOS: aliméntanse de restos de animais ou

plantas mortas, como algúns escarabellos, os voitres, os chacais, etc.

DETRITÍVOROS: consomen restos orgánicos bastante descompostos e de

pequeno tamaño; exemplo as lombrigas

DESCOMPOÑEDORES

ORGANISMOS (fungos e bacterias) que degradan a materia orgánica para

transformala en materia inorgánica que é utilizada de novo polos autótrofos.

Así se pecha o ciclo da materia

O fluxo de energía é aberto

O fluxo de materia tende a ser pechado, cíclico

P = Productores

(fitoplancton)

C1 = Consumidores

primarios (zooplancton)

C2 = Consumidor de

orden 2

C3 = Consumidor de

orden 3

Relacións tróficas entre

distintos productores e

consumidores.

PARÁMETROS TRÓFICOS

Medidas utilizadas para avaliar o ecosistema en conxunto ou en cada

nivel trófico

BIOMASA = masa de materia viva ou morta dun

nivel trófico ou de todo o ecosistema

Indica a forma na que a biosfera almacena a enerxía solar en forma

de materia orgánica.

Mídese en unidades de masa (kilogramos, gramos, de materia

orgánica, de carbono, etc.) por unidade de superficie ou volume

(según ecosistemas terrestres ou acuáticos): g de C / m2, Kg de C

por Hectárea, Toneladas de C por Km3, etc.

Pode expresarse tamén en unidades de enerxía, xa que a materia

orgánica almacena nos seus enlaces enerxía química (kilocalorías

ou xulios): Kcal / m2, Kjulios / cm3 , etc.

Reparto da biomasa na biosfera

PRODUCCIÓN = Cantidade de biomasa producida nun

período de tempo nun ecosistema ou nun nivel trófico.

Pode considerarse como a enerxía fixada nun tempo nun

ecosistema ou en cada nivel trófico; ou ben a cantidade de enerxía

que flúe por eles. Tamén reflicta a velocidade de crecemento dunha

comunidade ou poboación.

Mídese en unidades de masa de carbono por superficie (ou volume)

e tempo: g de C por m2 día, kg de C por m3 hora.

Tamén pode expresarse como unidades de enerxía por superficie

(ou volume) e tempo: Kcal por Ha e ano, Kw hora por m3 e día, etc.

Se soe diferenciar en:

• PRODUCCIÓN PRIMARIA: a enerxía fixada ou

producida polos productores

• PRODUCCIÓN SECUNDARIA: a enerxía fixada

polos consumidores

• PRODUCCIÓN BRUTA: enerxía fixada por unidade de

tempo• Nos productores: cantidade total de materia orgánica

producida pola fotosíntese

• Nos consumidores: cantidade de alimento asimilado trala

dixestión

• PRODUCCIÓN NETA: enerxía almacenada por unidade

de tiempo e que está dispoñible para os seguintes niveis

tróficos.

Corresponde co aumento da biomasa no tempo

A fórmula que relaciona ambos parámetros co gasto

respiratorio é:

Producción neta = Producción bruta – Respiración

Gasto respiratorio (4)

Producción primaria neta (6)

Regla do 10% = Enerxía que pasa dun nivel trófico ó seguinte é de

aproximadamente un 10% da acumulada nel

O número de niveis tróficos ou elos é limitado, depende da producción primaria (máx 5 ou 6)

Fluxo de enerxía nunha cadea trófica

Según a regra do 10 % é máis eficiente a alimentación baseada nos

vexetais (primeiro nivel trófico, productores), xa que se aproveita mellor a

enerxía (menos perdas) e se poden alimentar máis individuos

PRODUCTIVIDADE - TASA DE RENOVACIÓN

Relación entre producción neta e biomasa, cociente P N / B

(intereses fronte o capital)

Dáse en tantos por un ou tantos por cen (%) e reférese a un tempo (anos,

días, horas, etc.)

Indica a riqueza dun nivel trófico ou dun ecosistema, reflicta a velocidade

con que se renova a biomasa dun ecosistema ou dun nivel trófico

Biomasa 10 TmBiomasa 15 Tm

Biomasa 10 Kg Biomasa 30 Kg

Producción neta = 20 Kg

Productividade = PN / B

= 20 Kg / 10 Kg =

2 (tanto por un) = 200 % anual

Producción neta = 5 Tm

= 5.000 Kg

Productividade = PN / B

= 5 Tm / 10 Tm = 0,5 (tanto por

un) = 50 % anual

1 ano

1 ano

TEMPO DE RENOVACIÓN

Tempo que tarda en renovarse un nivel trófico

(tempo necesario para duplicar a biomasa actual)

(Biomasa / Producción neta)

¿ anos ?

EFICIENCIA: Rendimento dun nivel trófico ou dun ecosistema

Cociente entre saídas / entradas

Pódense distinguir:

Enerxía asimilada / enerxía incidente

Producción neta / producción bruta

Producción neta / Total inxerido

Engorde / Comida inxerida

EntradasSaídas

+

Eficiencia = Masa galiña

Masa polo + masa pienso

EFICIENCIA ECOLÓXICA

Fracción da produción neta dun nivel trófico que se converte en produción neta do seguinte nivel

(Produción neta / Produción neta nivel anterior) X 100

Exemplos.

Eficiencia ecolóxica dos herbívoros:

(PN herbívoros / PN productores) x 100=

(1.478/8.833) x 100 = 16,73 %

Eficiencia ecolóxica dos carnívoros:

(PN carnívoros/PN herbívoros) x 100 =

(67/1.478) x 100 = 4,53 %

Eficiencia ecolóxica dos supercarnívoros :

(PN supercarnívoros/PN carnívoros) x 100 =

(6/67) x 100 = 8,96 %

PIRÁMIDES ECOLÓXICAS OU TRÓFICAS

Histograma de barras horizontais superpostas, sendo a súa lonxitude

e área, proporcional ó valor do parámetro medido.

As barras inferiores corresponden cos productores e sobre elas

colócanse os seguintes niveis da a cadea trófica.

Tipos de pirámides tróficas

De números: número de individuos en cada nivel trófico

De biomasa: cada barra indica a biomasa de cada nivel trófico en g, Kg, Tm, ou ben o seu equivalente enerxético: cal, Kcal, jul, por unidade de superficie ou volume.

De enerxía ou producción: enerxía producida ou almacenada en cada nivel trófico medido en calorías, julios, por unidade de superficie ou volume e por unidade de tempo. Pode indicar producción bruta ou neta.

Pirámide de números

Pirámide biomasa

Pirámide producción (de enerxía).

As pirámides de números poden invertirse

iso non ocorre xamáis nos ecosistemas continentais.

Nalgúns ecosistemas acuáticos, as

pirámides de biomasa poden invertirse (só

o nivel dos produtores) debido á elevada

taxa de renovación do primer nivel.

Isto é posible cando os produtores son na

maioría organismos unicelulares sinxelos

que teñen un ciclo reprodutivo moi curto e

unha elevadísima taxa de natalidade.

Estos seres multiplícanse en poucas

horas.

Nos ecosistemas terrestres as

pirámides de biomasa non se

invirten, dadas as características

dos produtores

As pirámides de producción non poden invertirse

Pirámide de enerxía nunha comunidad eacuática. En ocre, produción neta de cada nivel;

en azul, respiración; a suma, á esquerda, é a enerxía asimilada ou produción bruta.

Problema ambiental da bioacumulación

Proceso de acumulación de substancias tóxicas nos organismos vivos (substancias

inxeridas que non poden ser descompostas nin excretadas).

Substancias bioacumulables:

DDT, aldrín, endrín, mercurio, cobre, lindano, plomo, etc.

BIOMAGNIFICACIÓN

O factor de bioconcentración

aumenta nos niveis tróficos

superiores.

FACTOR DE BIOCONCENTRACIÓN:

Concentración da substancia no ser vivo / Concentración da substancia no medio circundante

Como se mide a bioacumulación?

FACTORES LIMITANTES DA PRODUCCIÓN PRIMARIA

A PRODUCCIÓN PRIMARIA é a base que sustenta os demáis niveis tróficos

A limitación da producción primaria determina o número de niveis

tróficos, a biomasa e producción dos consumidores, a

biodiversidade dun ecosistema.

LEY DO MÍNIMO (DE LIEBIG):

O crecemento está limitado polo elemento ou factor máis escaso (aquel que se atopa por debaixo

do mínimo necesario).

PRINCIPAIS FACTORES LIMITANTES

DA FOTOSÍNTESE

• A temperatura

• A humidade

• A luminosidade

• A salinidade

• A falta de nutrientes (nitróxeno, fósforo, etc.)

• Características metabólicas e fisiolóxicas no

proceso da fotosíntese

Fronte ós factores limitantes xorden as adaptacións

As temperaturas moi baixas ralentizan os procesos metabólicos.

Se se produce a formación do xeo, as estructuras celulares que conteñen auga poden

deteriorarse

As temperaturas moi altas favorecen a transpiración (perda de

auga) que en ecosistemas poco húmidos poden conducir á

desecación

1. Plantas anuais de ciclo corto, deixan só as sementes na

época de seca

2. Pastos con talos ou estolóns subterráneos

3. Subarbustos con talos ou rizomas subterráneos

4. Plantas suculentas que almacenan auga

5. Plantas micrófilas de follas pequenas e grandes raíces

6. Plantas freatófilas cuias profundas raíces acadan capas

do solo sempre húmidas

Diferentes adaptacións á falta de humidade

O exceso de humidade dificulta o intercambio gasoso

O ambiente húmido e o acuático require de adaptacións

específicas fronte a corrente, a toma de luz, etc.

Ambientes húmidos ou encharcados

Nos bosques moi frondosos a luz apenas

chega ó solo e a falta de luminosidade pode

limitar a fotosíntese

Falta de luminosidade

Plantas epífitas e trepadoras poden solucionar este problema

A escaseza ou o exceso dalgúns nutrientes nos solos (nitróxeno e

fósforo son os máis escasos) determina que estos teñan pouca

producción vexetal.

As plantas carnívoras solucionan a falta de

nitróxeno capturando insectos

As plantas das costas e rías están

adaptadas ó exceso de salinidade na auga

(ións Na+ e Cl -)

As plantas das praias de area

están adaptadas á

sequedade edáfica e ó

exceso de sal

Adaptacións do metabolismo e a fisioloxía para

optimizar o proceso da fotosíntese

Plantas CAM: o seu

metabolismo está adaptado a

climas moi secos, só abren os

estomas pola noite

Plantas C3 : son a maioria de

plantas superiores e todas as

algas, musgos, felgos, etc.,

teñen un metabolismo

fotosintético que se satura

cando diminúe a

concentración do CO2

Plantas C4: son un

grupo de plantas que

teñen un metabolismo

fotosintético adaptado

a climas moi

calurosos e húmidos,

como maiz, sorgo,

caña de azúcar, etc.

Metabolismo das plantas C4

En xeral o mecanismo da fotosíntese é máis eficiente co

espectro de luz visible e cando as luminosidades non son

moi altas

En ambientes mariños o principal problema é a distancia entre os nutrientes (no

fondo) e a luz (na superficie).

PRODUCCIÓN PRIMARIA EN AMBIENTES MARIÑOS

A vida restrínxese ás zonas pouco profundas

próximas á costa (plataforma continental).

Nos afloramentos oceánicos, os nutrientes son elevados desde o fondo ata a superficie, onde

abunda a luminosidade; a producción primaria é importante e isto xera un ecosistema moi

productivo e diverso.

Ciclos bioxeoquímicosDe cómo os elementos químicos seguen diferentes rutas a través dos seres

vivos da biosfera, e a través da atmósfera, hidrosfera e litosfera.

Ciclo do carbono

Ciclo do carbono

CICLO DO OSÍXENO

CICLO DO NITRÓXENO

CICLO DO FÓSFORO

CICLO DO XOFRE