Ecosistemas 2: flujo de energa

Leonardo Romero

Abril 2014

Concepto bsico de ecosistema

Compartimentos del ecosistema

Nivel trfico

Variaciones en nivel trfico

Introduccin de la energa al ecosistema

Patrones en la productividad primaria (PNP) por ao para los principales biomas y para el planeta (en petragramos de Carbono, 1 Pg = 1015 g). (Geider

et al., 2001.)

Tendencias latitudinales en la productividad

La productividad de los bosques, praderas y lagos sigue un patrn latitudinal:

(a) La ubicacin de 31 pastizales estudiados.

(b) (b) Productividad primaria neta por encima del suelo (ANPP) y por debajo del suelo (BNPP) para cinco categoras de los biomas de pastizales (BNPP no est disponible en la estepa templada). Los valores en cada caso son promedios para 4-8 pastizales estudios. La tcnica consiste en sumar incrementos en la biomasa de las plantas vivas, material muerto en pie y la basura entre las muestras sucesivas en el perodo de estudio (promedio de 6 aos). (Scurlock et al., 2002.)

Tendencias latitudinales en la productividad

La productividad primaria bruta (PPB) de los bosques en latitudes diferentes de Europa y Amrica del Norte y del Sur, que se calcula como la suma de la productividad neta del ecosistema y la respiracin del ecosistema (calculado a partir de los flujos de CO2 medidos en las copas de los rboles - slo una estimacin de los bosques tropicales fue incluido por los revisores). (A partir de datos en Falge et al., 2002).

Las tendencias estacionales y anuales en la productividad primaria

Variacin interanual de la productividad primaria neta (NPP) en un pastizal en Queensland, Australia (por encima del suelo PNP), una tierra de cultivo en Iowa, EE.UU. (total por encima y por debajo de la tierra-PNP) y una sabana tropical en Senegal (sobre el suelo PNP). Las lneas negras horizontales muestran la central nuclear de media para el perodo de estudio. (Zheng et al., 2003.)

Las tendencias estacionales y anuales en la productividad primaria

Desarrollo estacional de la productividad primaria bruta mxima diaria (GPP) de los bosques caducifolios y de conferas de clima templado (Europa y Amrica del Norte) y los lugares boreales (Canad, Escandinavia e Islandia). Los diferentes smbolos en cada panel se refieren a diferentes tipos de bosque. La GPP diaria se expresa como el porcentaje de la mxima alcanzada en cada bosque en 365 das del ao. (Falge et al., 2002.)

Produccin autctona y alctonaVariacin en importancia de la entrada terrestre de la materia orgnica y la produccin primaria litoral y planctnica en el contraste de las comunidades acuticas.

Una proporcin sustancial de la materia orgnica de las comunidades acuticas proviene de material alctono que llega a ros, a travs de las aguas subterrneas o por el viento. La importancia relativa de las dos fuentes autctonas (litoral y planctnicos) y la fuente alctona de material orgnico en un sistema acutico depende de las dimensiones del cuerpo de agua y los tipos de comunidad terrestre que el material de depsito orgnico en ella.

Los estuarios son sistemas altamente productivos por la recepcin de material alctono procedentes de una fuente rica de nutrientes.

Variaciones en la relacin de la productividad a la biomasaLas proporciones NPP: B son muy bajos en los bosques y muy alta en las comunidades acuticas.La relacin entre el promedio de la productividad primaria neta y la biomasa promedio de los cultivos en pie para una amplia gama de ecosistemas. (Basado en datos de Whittaker, 1975).

Hay una diferencia dramtica entre la biomasa total que existe en la tierra (800 Pg) en comparacin con los ocanos (2 Pg) y de agua dulce (

Factores que limitan la productividad primaria en comunidades terrestres: uso ineficiente de la energa solar

La eficiencia fotosinttica (porcentaje de radiacin incidente fotosintticamente activa (PAR) con efecto sobre la productividad primaria neta) para tres grupos de comunidades terrestres en los EE.UU. (Webb et al., 1983.)

Las comunidades de conferas tienen las ms altas eficiencias, pero stas son slo entre 1 y 3%. Para un nivel similar de la radiacin entrante, bosques de hojas caducas logran 0,5-1%, y a pesar de mayor ingreso de energa, los desiertos fueron capaces de convertir slo 0.01-0.2% de PAR a la biomasa.

Factores que limitan la productividad primaria en comunidades terrestres: agua y temperatura factores crticos

Relacin entre el total de la NPP (materia seca Mg ha-1 ao-1) y la precipitacin anual y la temperatura para los ecosistemas en la meseta tibetana. Se incluyen bosques, bosques, matorrales, pastizales y desiertos. (Luo et al., 2002.)

Factores que limitan la productividad primaria en comunidades terrestres: Duracin de la estacin de crecimiento

duracin de la estacin de crecimiento: una influencia decisiva en la productividad

Los patrones estacionales en el ndice de rea foliar (superficie de las hojas divididas por rea de terreno bajo el follaje) de (a) dosel lamo (Populustremuloides) y (b) avellanas (Coryluscornuta) en un bosque de hojas caducas boreales durante 4 aos de estudio con temperaturas de primavera. (c) la productividad acumulada neta de los ecosistemas (NEP). (Despus de Negro et al., 2000.)

Factores que limitan la productividad terrestre (resumen)

El lmite mximo de la productividad de una comunidad est determinada por la cantidad de radiacin incidente que recibe - sin esto, no puede producirse la fotosntesis.

La radiacin incidente es usado ineficientemente por todas las comunidades. Las causas de esta ineficiencia:

(i) la escasez de agua limitando la tasa de fotosntesis, (ii) la escasez de nutrientes minerales esenciales, lo que ralentiza el ritmo de produccin de tejido fotosinttico y su eficacia en la fotosntesis, (iii) temperaturas que son letales o muy baja para el crecimiento, (iv) una insuficiente profundidad del suelo, (v) la cobertura del dosel incompleta, por lo que gran parte de la radiacin incidente cae sobre el suelo en lugar de en el follaje (esto puede ser debido a la estacionalidad en la produccin de las hojas y su desprendimiento o debido a la defoliacin por pastoreo, plagas y enfermedades), y (vi) la baja eficiencia con la que las hojas fotosntesizan - en condiciones ideales, la eficiencia de ms del 10% (del PAR) son difciles de alcanzar, incluso en el los sistemas agrcolas ms productivos.

Sin embargo, la mayor parte de la variacin de la productividad primaria de la vegetacin del mundo se debe a factores (i) al (v), y relativamente poco lo que se explica por las diferencias intrnsecas entre la eficiencia fotosinttica de las hojas de las diferentes especies.

Factores que limitan la productividad primaria en las comunidades acuticas: la luz y nutrientes en los arroyos

En arroyos pequeos de bosques, la luz y los nutrientes interactan para determinar la productividad

(a) Radiacin fotosintticamente activa (PAR) en el lecho del ro Tennessee (barras) y la concentracin de nitrato en agua (crculos) durante la primavera de 1992 (los patrones fueron muy similares en 1993).

(b) la productividad primaria bruta en agua durante la primavera de 1992 y 1993 (calculado por los cambios la concentracin de oxgeno). (Despus de Hill et al., 2001.)

Factores que limitan la productividad primaria en las comunidades acuticas: nutrientes en lagos

Los nutrientes tienen una influencia importante en la productividad de lagos.

(a) Relacin entre la productividad primaria bruta del fitoplancton en algunos lagos de Canad y la concentracin de fsforo.

(b) La relacin entre la respiracin del ecosistema y la fotosntesis bruta medida en distintas fechas en los lagos de estudio. La lnea discontinua muestra donde la respiracin es igual a la GPP. La lnea continua muestra la lnea de regresin para la relacin. Las mediciones metablicas se realizaron en botellas en el laboratorio a la temperatura de profundidad de los lagos. (Carignan et al., 2000.)

Factores que limitan la productividad primaria en las comunidades acuticas: nutrientes

Variacin en la productividad primaria de fitoplancton, la concentracin de nutrientes y la profundidad euftica en un transecto de la costa de Georgia, EE.UU., al borde de la plataforma continental. (Despus de Haines, 1979.)

En los ocanos, los altos niveles de productividad primaria se asocian con altos aportes de nutrientes a partir de dos fuentes. En primer lugar, los nutrientes pueden fluir de forma continua en las regiones de las plataformas costeras de los estuarios.

Factores que limitan la productividad primaria en las comunidades acuticas: profundidad

(a) Relacin general con la profundidad en un cuerpo de agua de la productividad primaria bruta (GPP), prdida de calor respiratorio (R) y productividad primaria neta (NPP). El punto de compensacin (profundidad de la zona euftica, eu) se produce en la profundidad (Zeu) que la GPP slo equilibra R y NPP es cero.

(b) el aumento total de NPP con la concentracin de nutrientes en el agua (lago iii> ii> i). El aumento de la fertilidad del mismo es responsable de la mayor biomasa de fitoplancton y la consiguiente disminucin en la profundidad de la zona euftica.

Factores que limitan la productividad primaria en las comunidades acuticas: profundidad

Ejemplos de perfiles verticales de clorofila registrados en el ocano frente a las costas de Namibia.

(a) tpico de los lugares asociados con el afloramiento de los ocanos: aguas friasascienden, produciendo un florecimiento de fitoplancton superficial, lo que reduce la penetracin de luz y por lo tanto la productividad en aguas ms profundas.

(b) ilustra cmo un pico de abundancia puede pasar a aguas ms profundas cuando un bloom superficial agota las concentraciones de nutrientes all.

El fitoplancton superficial en el ejemplo (c) es menos espectacular que en (a) quizs por las menores concentraciones de nutrientes en el agua ascendente, y como resultado, la concentracin de clorofila se mantiene relativamente alta a una profundidad mayor.

Ejemplos (d) y (e) son para lugares donde las concentraciones de nutrientes son mucho ms bajos. (Silulwane et al., 2001.)

Red trfica: Un modelo generalizado de la estructura trfica y flujo de energa a travs de una red

alimentaria

Posibles vas de flujo de energa a travs de una red trfica

Los patrones generales de flujo de energa para:

(a) de un bosque,

(b) un pastizal,

(c) Una comunidad planctnica, y

(d) Comunidad de un arroyo o un pequeo estanque.

Los tamaos relativos de los cuadros y las flechas son proporcionales a las magnitudes relativas de los compartimentos y flujos.

DOM, la materia orgnica muerta; NPP, la produccin primaria neta.

La importancia de la eficiencia de transferencia en la determinacin de las vas de energa

Relacin entre el porcentaje de la produccin primaria neta (NPP) consumida por los herbvoros y la productividad primaria.

Fitoplancton

microalgas bentnicas

macroalgas

macrfitos de agua dulce

Praderas de pastos marinos

pantanos,

praderas

manglares;

bosques.

Los diagramas de caja que muestra a una amplia gama de tipos de ecosistemas (NPP= produccin primaria neta)

Produccin (resumen)

Los cuerpos de los organismos que viven dentro de una unidad de superficie constituyen la biomasa.

La productividad primaria es la velocidad a la que se produce la biomasa por unidad de superficie por las plantas.

La fijacin total de la energa mediante la fotosntesis es la produccin primaria bruta (GPP), una proporcin es perdida por respiracin autotrfica (AR).

La diferencia entre el GPP y RA es la produccin primaria neta (NPP) y representa la tasa real de produccin de biomasa nueva que est disponible para el consumo de los organismos hetertrofos.

La tasa de produccin de biomasa por los hetertrofos es la productividad secundaria, y su respiracin es la respiracin heterotrfica (HE). La productividad neta del ecosistema (NEP) es menos GPP total de la respiracin (AR + D).

FIN